L'une des sciences les plus anciennes, mais en même temps progressistes, est encore aujourd'hui la biologie. C'est une science qui étudie toute la diversité de la faune qui nous entoure. Après tout, nous rencontrons chaque jour des centaines d'êtres vivants : des insectes, des bactéries, des virus, des plantes et, bien sûr, des humains. Chaque organisme a ses propres caractéristiques de structure et d'activité vitale, tous sont interconnectés par certains modèles et sont dans divers types de relations. Tout cela est étudié par une science aussi vaste, fascinante et vraiment grande que la biologie.

Biosphère de la planète Terre

Notre planète est habitée par une grande variété de formes de vie. Tous, en interaction les uns avec les autres, forment une coquille commune. La coquille vivante de la planète Terre. C'est ce qu'on appelle la biosphère. En plus de la biosphère, notre planète possède des coquilles telles que l'hydrosphère, la lithosphère et l'atmosphère. Naturellement, toute la biomasse de la coquille biosphérique ne pourrait pas exister séparément des autres coquilles. Par conséquent, cette division est très conditionnelle. En fait, chacune des coquilles contient des représentants de la biosphère.

Par exemple, la lithosphère est densément peuplée de vers, de bactéries, de larves, d'insectes et de mammifères. C'est également dans celle-ci que se trouvent les parties inférieures de la plupart des plantes terrestres existantes.

L'hydrosphère, représentée par la totalité de tous les types d'eau sur Terre, est généralement un monde entier, beau et intéressant, en termes de composition de sa biomasse. L'ambiance n'est pas non plus en reste. Une variété de bactéries, de virus, d'insectes, d'oiseaux et même de mammifères en font partie intégrante et l'utilisent comme résidence permanente. Dans le même temps, en général, presque tous les êtres vivants (à l'exception de certains types de bactéries) ne peuvent vivre que dans des conditions aérobies, c'est-à-dire dans les conditions de l'atmosphère terrestre.

L'ensemble de la biomasse de la coquille biosphérique est une communauté de plusieurs millions d'êtres vivants. Et une science de la nature vivante telle que la biologie, avec tous les départements qui y sont inclus, est précisément engagée dans l'étude la plus détaillée de cette grande communauté.

Méthodes et matériels utilisés en biologie

Pour une analyse complète et un examen pratique et détaillé de tous les objets vivants de la nature en biologie, des matériaux spéciaux sont utilisés. Comme le:

• scalpel;
• pinces;
• forceps;
• instruments de mesure;
• pièges à taches;
• mortiers et pilons;
• des tubes à essai;
• plateaux et boîtes de Petri;
• aiguilles et tables à dissection;
• miroirs et loupes;
• les plus variés et ainsi de suite.

Ceci, bien sûr, n'est pas une liste complète de toute la variété des matériaux qui aident les biologistes à comprendre le vivant et à la recherche scientifique.

Il existe également des techniques spécifiques que la biologie utilise en tant que science. Les méthodes de biologie sont diverses, mais les principales sont les suivantes.

Méthodologie biologique

Méthodes scientifiques de la biologie

Nom de la méthode	Les matériaux utilisés	Valeur pratique
Observation	Journal de terrain, jumelles, loupe, microscope, matériel vidéo et photo, etc.	Obtenir des informations visuelles sur l'objet observé sans interférer avec les processus naturels, l'accumulation d'informations utiles.
La description	Ordinateur, papeterie, papier.	Fixation des résultats obtenus par observation. Cette méthode fournit une signification historique pour la préservation des informations utiles.
Expérience	Matériel de laboratoire, microscope, etc.	Confirmation pratique des hypothèses scientifiques avancées.
Comparaison	Littérature ou expériences sur le sujet.	Il permet de choisir un résultat plus correct et montre également toutes les différences dans la vie, la structure des organismes, en fonction de divers facteurs.
Modélisation (comprend la généralisation, la systématisation)	Matériaux pour créer des modèles de l'objet à l'étude.	Vous permet de recréer une image des processus en cours et de prédire le résultat.
Méthode analytique	Instruments de mesure, ordinateurs	Vous permet de déduire des modèles communs ou des différences dans la faune, et fournit également une systématisation des connaissances accumulées.
Méthodes modernes : analyse par diffraction des rayons X (analyse par diffraction des rayons X); centrifugation; radiographie; cytochimie (histochimie); culture d'organismes sur des milieux nutritifs; microscopie (électronique, fluorescente, contraste, fond noir); coloration à vie.	Centrifugeuses, microscopes spéciaux, boîtes de Pétri, géloses, équipements et instruments spécifiques.	Ils fournissent une analyse précise des plus petites unités vivantes, fournissent des informations complètes sur les processus se produisant au niveau moléculaire. Ils vous permettent d'interférer avec le génome et de définir les propriétés souhaitées pour les organismes vivants.

En conséquence, nous obtenons le résultat suivant. La biologie est une science qui étudie les systèmes vivants de manière complète, exhaustive et en utilisant une grande variété de technologies modernes.

Les principales sections de la biologie

Aujourd'hui, la biologie compte des dizaines de jeunes sciences secondaires qui se sont formées à partir d'elle grâce à l'accumulation d'une grande quantité de connaissances diverses sur les questions les plus subtiles liées aux systèmes vivants. Nous distinguerons les principales sections historiquement établies de la science biologique.

1. Biologie générale.
2. La génétique.
3. Zoologie.
4. Botanique.
5. Physiologie des plantes et des animaux.
6. Anatomie.
7. Physiologie humaine.
8. Écologie.
9. Biogéographie.
10. Biochimie.

La biologie est avant tout la science de la nature. Par conséquent, toutes les sections ci-dessus sont fondamentales dans le contexte de l'examen de cette science.

Biologie générale: essence, sujet d'étude

Ce nom signifie l'étude des principaux moments de la vie de chaque système vivant : l'émergence, le développement, la formation dans la nature, le fonctionnement. En conséquence, la biologie générale comprend les sections suivantes:

• Théorie cellulaire et structure cellulaire.
• ontogénie des organismes.
• Biologie moléculaire.
• La génétique.
• L'évolution de tous les êtres vivants.
• Écologie.
• La doctrine de la coquille biosphérique de la Terre.

De la liste ci-dessus, il devient clair que cette biologie est une science qui étudie les caractéristiques universelles inhérentes à tous les systèmes vivants dans leur ensemble. Dans le programme scolaire, la biologie générale est enseignée dans les classes supérieures, de la 9e à la 11e inclusivement. Et c'est vrai, car les concepts qu'il comprend sont assez complexes, volumineux et nécessitent une vision du monde plus formée parmi les étudiants.

La botanique dans le cursus scolaire

À ce jour, les scientifiques donnent un chiffre d'environ 350 000 espèces en ce qui concerne la diversité des plantes modernes. Naturellement, ce chiffre est trop élevé et les plantes sont uniques et intéressantes, de sorte qu'une science distincte ne se forme pas, qui s'occupe exclusivement de leur étude. La botanique, une section de la biologie, appartient à une telle science.

Toutes les plantes peuvent être divisées en terrestres et aquatiques. Mais ce n'est qu'une classification très grossière et superficielle. En fait, il existe de nombreux taxons, genres, espèces, sous-espèces et autres unités systématiques dans lesquelles les plantes sont divisées. C'est l'essence même de l'un des départements de botanique.

Il existe également un certain nombre d'autres départements couvrant tous les aspects de la vie végétale:

• morphologie végétale;
• physiologie végétale;
• écologie;
• biogéographie;
• phylogénie;
• évolution;
• botanique économique.

La totalité de toutes ces sciences, ainsi que les départements qui sont inclus dans chacune d'elles, permettent à leur tour une étude complète et complète de tout organisme végétal. Par conséquent, nous pouvons affirmer avec certitude que la biologie est la science des plantes.

La botanique est étudiée dans le cours de biologie scolaire de la 6e à la 7e année, selon le programme. Les questions de phylogénie et d'évolution sont étudiées en 11e année.

Zoologie dans le cursus scolaire

La science zoologique a décrit plus de 1 350 000 espèces de représentants du monde animal. La grande majorité sont des invertébrés - insectes, vers, vie marine. Ce chiffre n'est pas définitif, car les zoologistes n'arrêtent pas leurs recherches. Malgré le fait que, semble-t-il, il n'y a rien à découvrir et que tous les animaux sont connus, de nouvelles espèces sont périodiquement découvertes.

La zoologie est l'une des plus anciennes sciences qui inclut la biologie. Les animaux sont l'un des systèmes vivants les plus courants et les plus omniprésents sur notre planète. La zoologie traite de l'étude de la structure (à la fois externe et interne) de tous les animaux, de leur systématique, de leur physiologie, de leur anatomie, de leur éthologie, de leur écologie et de leur géographie.

Tout comme la botanique, la zoologie est une section obligatoire des sciences biologiques pour l'étude à l'école. Son cours tombe sur la 7e année.

Le rôle de la biologie dans la vie humaine

La biologie est une science qui étudie et couvre tellement de domaines différents de la vie qu'il n'y a aucun doute sur son importance et sa signification. Les principaux exemples qui le montreront et le prouveront clairement sont les suivants :

1. Les animaux immunisés contre les tumeurs cancéreuses (requins et raies) sont une excellente base pour trouver et découvrir un remède à cette maladie du 21ème siècle.
2. Les réalisations des microbiologistes, des biochimistes et des biologistes médicaux permettent à l'humanité de se débarrasser d'une grande variété de maux, y compris ceux de nature virale et bactérienne.
3. La biotechnologie, cellulaire et permet d'augmenter la productivité de l'agriculture et de nourrir des nations entières.
4. La biologie anthropologique vous permet d'identifier les origines de tous les êtres vivants, de recréer une image du monde et d'éviter les erreurs à l'avenir.

Ce sont loin de toutes les raisons et circonstances qui permettent de parler de la biologie comme d'une science extrêmement importante et significative dans la vie et les activités pratiques des gens.

Nouvelles branches de la biologie

Les sections modernes, jeunes et prometteuses de la science biologique comprennent notamment :

• biotechnologie;
• microbiologie;
• génie cellulaire;
• Ingénierie génétique;
• biologie moléculaire;
• biochimie;
• biologie médicale.

L'ensemble de ces sciences permet de caractériser toute créature appartenant à un système vivant. La biologie est donc la science de la nature vivante, en premier lieu, et des bienfaits qu'elle peut procurer à l'homme.

La biologie à l'école

Indirectement, la biologie est déjà touchée au stade du cours d'histoire naturelle (5e programme scolaire). C'est en tant que matière qu'il commence par la 6e année (botanique), la 7e année - zoologie, la 8e année - anatomie, les années 9-11 - biologie générale.

Le cursus scolaire de cette science couvre une grande variété de sujets en biologie, qui concernent la quasi-totalité de ses branches et sections. Ceci est fait pour former une image holistique de la perception du monde chez les enfants, ainsi que pour que les élèves assimilent clairement l'importance et la signification des réalisations. Sciences Biologiques dans le monde moderne.

Allocation pour les candidats aux universités
Auteur Galkin.

Introduction.

La biologie est la science de la vie. Il s'agit d'un ensemble de disciplines scientifiques qui étudient les êtres vivants. Ainsi, l'objet d'étude de la biologie est la vie dans toutes ses manifestations. Qu'est ce que la vie? Il n'y a pas de réponse complète à cette question jusqu'à présent. Parmi les nombreuses définitions de ce concept, voici la plus populaire. La vie est une forme particulière d'existence et d'état physico-chimique des corps protéiques, caractérisée par une asymétrie miroir des acides aminés et des sucres, le métabolisme, l'homéostasie, l'irritabilité, l'auto-reproduction, l'autonomie du système, l'adaptabilité à l'environnement, l'auto-développement , le mouvement dans l'espace, le transfert d'informations, la discrétion physique et fonctionnelle des individus individuels ou des conglomérats sociaux, ainsi que la relative indépendance des systèmes superorganiques, avec l'unité physique et chimique générale de la matière vivante de la biosphère.

Le système des disciplines biologiques comprend la direction de la recherche sur des objets systématiques: microbiologie, zoologie, botanique, étude de l'homme, etc. La biologie générale considère les modèles les plus larges qui révèlent l'essence de la vie, ses formes et ses modes de développement. Ce domaine de connaissance comprend traditionnellement la doctrine de l'origine de la vie sur Terre, la doctrine de la cellule, le développement individuel des organismes, la biologie moléculaire, le darwinisme (doctrine évolutive), la génétique, l'écologie, la doctrine de la biosphère et la doctrine de l'homme.

Origine de la vie sur terre.

Le problème de l'origine de la vie sur Terre a été et reste le principal problème, avec la cosmologie et la connaissance, pour trouver la structure de la matière. La science moderne n'a pas de preuves directes de comment et où la vie est apparue. Il n'y a que des constructions logiques et des preuves indirectes obtenues par des expériences sur modèles, et des données dans le domaine de la paléontologie, de la géologie, de l'astronomie, etc.

En biologie scientifique, les hypothèses les plus connues sur l'origine de la vie sur Terre sont la théorie de la panspermie de S. Arrhenius et la théorie de l'origine de la vie sur Terre à la suite d'un long développement évolutif de la matière proposée par A. I. Oparin .

La théorie de la panspermie était répandue à la fin du 19e et au début du 20e siècle. Et maintenant, elle a de nombreux partisans.

Selon cette théorie, des êtres vivants ont été amenés sur Terre depuis l'espace extra-atmosphérique. Les hypothèses concernant l'introduction d'embryons d'organismes vivants sur Terre avec des météorites ou de la poussière cosmique étaient particulièrement répandues. Jusqu'à présent, dans les météorites, ils essayaient de découvrir quels signes de vie. En 1962, des scientifiques américains, en 1982, des scientifiques russes ont signalé la découverte de restes d'organismes dans des météorites. Mais il a rapidement été démontré que les formations structurelles trouvées sont en réalité des granules minérales et ne ressemblent qu'en apparence à des structures biologiques. En 1992, paraissent des travaux de scientifiques américains où, basés sur une étude de matériel sélectionné en Antarctique, ils décrivent la présence dans les météorites de restes d'êtres vivants ressemblant à des bactéries. Ce qui attend cette découverte, le temps le dira. Mais, l'intérêt pour la théorie de la panspermie ne s'est pas estompé à ce jour.

Le développement systématique du problème de l'origine de la vie sur Terre a commencé dans les années 1920. En 1924, le livre d'AI Oparin "L'origine de la vie" est publié, et en 1929 un article de D. Haldane sur le même sujet. Mais, comme Haldane lui-même l'a noté plus tard, on pouvait difficilement trouver quelque chose de nouveau dans son article qu'Oparin n'avait pas. Par conséquent, la théorie de l'origine de la vie sur Terre à la suite du "big bang biologique" peut être appelée en toute sécurité la théorie d'Oparin, et non la théorie d'Oparin-Haldane.

Selon la théorie d'Oparin, la vie est née sur Terre. Ce processus comprenait les étapes suivantes : 1) Les substances organiques sont formées à partir de substances inorganiques ; 2) il y a un réarrangement physico-chimique rapide des substances organiques primaires. Miroir des substances pré-biologiques organiques asymétriques dans des conditions d'activité volcanique active, de température élevée, de rayonnement, de rayonnement ultraviolet accru, d'orage de taille rapide. Lors de la polymérisation des acides aminés gauchers, des protéines primaires se sont formées. Dans le même temps, des bases azotées - les nucléotides - sont apparues; 3) les processus physiques et chimiques ont contribué à la formation de gouttes de coacervats (coacervats) - structures de type gel; 4) la formation de polynucléotides - ADN et ARN et leur inclusion dans des coacervats ; 5) la formation d'un "film" séparant les coacervats de l'environnement, ce qui a conduit à l'émergence d'un système pré-biologique, qui était un système ouvert. Avait la capacité de matricer la synthèse et la décomposition des protéines.

Au cours des années suivantes, la théorie d'Oparin a été pleinement confirmée. Le grand mérite d'une théorie est qu'une grande partie de celle-ci peut être testée ou reliée logiquement à des propositions vérifiables.

Une étape extrêmement importante dans le processus d'émergence de la vie a été la transition des composés carbonés inorganiques en composés organiques. Les données astronomiques ont montré que, même maintenant, la formation de substances organiques se produit partout, complètement indépendamment de la vie. Il en a été conclu qu'une telle synthèse avait eu lieu sur Terre lors de la formation de la croûte terrestre. Une série de travaux sur la synthèse a été lancée en 1953 par S. Miller, qui a synthétisé un certain nombre d'acides aminés en faisant passer une décharge électrique à travers un mélange de gaz, constituant vraisemblablement l'atmosphère primaire (hydrogène, vapeur d'eau, ammoniac, méthane). En modifiant les composants individuels et les facteurs d'influence, divers scientifiques ont obtenu de la glycine, de l'acide ascargique et d'autres acides aminés. En 1963, en modélisant les conditions de l'ancienne atmosphère, les scientifiques ont obtenu des polypeptides individuels d'un poids moléculaire de 3000 à 9000. Ces dernières années, la composition chimique, les propriétés physicochimiques et le mécanisme de formation des gouttes de coacervat ont été étudiés en détail à l'Institut de biochimie de l'Académie des sciences de Russie et à l'Université d'État de Moscou. Il a été montré que simultanément avec le processus général d'évolution des systèmes prébiologiques, leur transformation en structures plus spécialisées a eu lieu.

Et ici, il devient clair que la sélection naturelle devrait conduire à l'avenir à l'émergence d'une cellule - une unité structurelle et fonctionnelle élémentaire d'un organisme vivant.

Les principales caractéristiques du vivant.

La capacité de se déplacer. Des signes apparaissant clairement chez les animaux, dont beaucoup sont capables de se déplacer activement. Dans les organes de mouvement les plus simples se trouvent les flagelles, les cils, etc. Chez les animaux plus organisés, des membres apparaissent. Les plantes ont également la capacité de se déplacer. L'algue unicellulaire Chlamydomonas possède des flagelles. La dispersion des spores, la dispersion des graines, le mouvement dans l'espace à l'aide de rhizomes sont autant de variantes du mouvement.

La capacité de grandir. Tous les êtres vivants sont capables d'augmenter en taille et en masse en raison de l'étirement, de la division cellulaire, etc.

La nutrition, la respiration, l'excrétion sont les processus par lesquels le métabolisme est assuré.

L'irritabilité est la capacité de réagir et de donner des réponses aux influences extérieures.

La reproduction et le phénomène de variabilité et d'hérédité qui lui est associé sont le trait le plus caractéristique du vivant. Tout organisme vivant produit sa propre espèce. Les descendants conservent les traits de leurs parents et acquièrent des traits qui ne sont caractéristiques que d'eux.

La combinaison de ces caractéristiques caractérise sans doute le vivant comme un système formant métabolisme, irritabilité et capacité de reproduction, mais il faut rappeler que la notion de vivant est beaucoup plus compliquée (voir introduction).

niveaux d'organisation de la vie.

Le niveau d'organisation est la place fonctionnelle de la structure biologique d'un certain degré de complexité dans le "système des systèmes" général du vivant. Habituellement, on distingue les niveaux d'organisation moléculaire (moléculaire-génétique), cellulaire, organisme, population-espèce, biocénotique, biosphérique.

L'unité élémentaire et fonctionnelle de la vie est la cellule. Une cellule possède presque toutes les principales caractéristiques d'un être vivant, contrairement aux organismes dits non cellulaires (par exemple les virus), qui existent au niveau moléculaire.

L'organisme est un véritable porteur de vie, caractérisé par toutes ses biopropriétés.

Une espèce est un groupe d'individus de structure et d'origine similaires.

La biocénose est un ensemble interconnecté d'espèces habitant une zone plus ou moins homogène de terre ou d'eau.

La biosphère est la totalité de toutes les biocénoses de la Terre.

Méthodes d'étude de la biologie.

Les méthodes de la biologie moderne sont déterminées par ses tâches. L'une des tâches principales de la biologie est la connaissance du monde des êtres vivants qui nous entourent. Les méthodes de la biologie moderne visent précisément à étudier ce problème.

La recherche scientifique commence généralement par des observations. Cette méthode d'étude des objets biologiques est utilisée depuis le début de l'existence significative de l'homme. Cette méthode vous permet de créer une idée sur l'objet à l'étude, de collecter du matériel pour un travail ultérieur.

L'observation était la méthode principale dans la période descriptive du développement de la biologie. Sur la base des observations, une hypothèse est avancée.

Les prochaines étapes de l'étude des objets biologiques sont liées à l'expérience.

Il est devenu la base de la transition de la biologie de la science descriptive à la science expérimentale. L'expérience vous permet de vérifier les résultats des observations et d'obtenir des données qui ne peuvent pas être obtenues lors de la première étape de l'étude.

Une véritable expérience scientifique doit être accompagnée d'une expérience de contrôle.

L'expérience doit être reproductible. Cela permettra d'obtenir des données fiables et de traiter les données à l'aide d'un ordinateur.

Ces dernières années, la méthode de modélisation a été largement utilisée en biologie. La création de modèles mathématiques de phénomènes et de processus est devenue possible avec l'introduction généralisée des ordinateurs dans la recherche biologique.

Un exemple est l'algorithme d'étude des espèces d'une plante. Dans un premier temps, le chercheur étudie les signes de l'organisme. Les résultats de l'observation sont consignés dans un journal spécial. Sur la base de l'identification de toutes les caractéristiques disponibles, une hypothèse est émise selon laquelle l'organisme appartient à une espèce particulière. La justesse de l'hypothèse est déterminée par l'expérience. Sachant que les représentants d'une même espèce se croisent librement et produisent une progéniture fertile, le chercheur fait pousser un organisme à partir de graines prélevées sur l'individu étudié et croise l'organisme cultivé avec un organisme de référence, dont l'espèce est établie à l'avance. Si, à la suite de cette expérience, des graines sont obtenues à partir desquelles un organisme viable se développe, l'hypothèse est alors considérée comme confirmée.

Diversité du monde organique.

La diversité, ainsi que la diversité de la vie sur Terre, est étudiée par la systématique - la section la plus importante de la biologie.

Les systèmes d'organismes sont le reflet de la diversité de la vie sur Terre. Des représentants de trois groupes d'organismes vivent sur Terre : les virus, les procaryotes, les eucaryotes.

Les virus sont des organismes qui n'ont pas de structure cellulaire. Les procaryotes et les eucaryotes sont des organismes dont l'unité structurelle principale est la cellule. Les cellules procaryotes n'ont pas de noyau cellulaire bien formé. Chez les eucaryotes, la cellule a un vrai noyau, où le matériel nucléaire est séparé du cytoplasme par une membrane à deux membranes.

Les procaryotes comprennent les bactéries et les algues bleues. Les bactéries sont des organismes unicellulaires, pour la plupart hétérozygotes. Les algues bleu-vert sont des organismes unicellulaires, coloniaux ou multicellulaires à nutrition mixte. Les cellules bleu-vert ont de la chlorophylle qui fournit une nutrition autotrophe, mais les bleu-vert peuvent absorber des substances organiques prêtes à l'emploi à partir desquelles ils construisent leurs propres substances macromoléculaires. Il existe trois règnes chez les eucaryotes : les champignons, les plantes et les animaux. Les champignons sont des organismes hétérotrophes dont le corps est représenté par le mycélium. Un groupe spécial de champignons sont les lichens, où les symbiotes fongiques sont des algues unicellulaires ou bleu-vert.

Les plantes sont principalement des organismes autotrophes.

Les animaux sont des eucaryotes hétérozygotes.

Les organismes vivants sur Terre existent à l'état de communautés - les biocénoses.

La relation même des virus aux organismes est discutable, car ils ne peuvent pas se reproduire en dehors de la cellule et n'ont pas de structure cellulaire. Et pourtant, la plupart des biologistes pensent que les virus sont les plus petits organismes vivants.

Le botaniste russe D.I. Ivanovsky est considéré comme le découvreur des virus, mais ce n'est qu'avec l'invention du microscope électronique qu'il est devenu possible d'étudier la structure de ces structures mystérieuses. Les virus sont très simples. Le « noyau » du virus est une molécule d'ADN ou d'ARN. Ce « noyau » est entouré d'une enveloppe protéique. Certains virus développent une enveloppe lipoprotéique issue de la membrane cytoplasmique de la cellule hôte.

Une fois à l'intérieur de la cellule, les virus acquièrent la capacité de se reproduire. En même temps, ils "éteignent" l'ADN de l'hôte et, à l'aide de leur acide nucléique, donnent l'ordre de synthétiser de nouvelles copies du virus. Les virus peuvent "attaquer" les cellules de tous les groupes d'organismes. Les virus qui "attaquent" les bactéries reçoivent un nom spécial - les bactériophages.

L'importance des virus dans la nature est associée à leur capacité à provoquer diverses maladies. C'est la mosaïque des feuilles, de la grippe, de la variole, de la rougeole, de la poliomyélite, des oreillons et de la "peste" du XXe siècle - le SIDA.

La méthode de transmission des virus s'effectue par goutte-liquide, par contact, à l'aide de porteurs (puces, rats, souris, etc.), par les matières fécales et les aliments.

Syndrome d'immunodéficience acquise (SIDA). Virus du SIDA.

Le SIDA est une maladie infectieuse causée par un virus à ARN. Le virus du SIDA a une forme en forme de bâtonnet ou ovale ou ronde. Dans ce dernier cas, son diamètre atteint 140 nm. Le virus est constitué d'ARN, d'une enzyme revartase, de deux types de protéines, de deux types de glycoprotéines et de lipides qui forment la membrane externe. L'enzyme catalyse la réaction de synthèse de brin d'ADN sur la matrice d'ARN viral dans une cellule affectée par le virus. Le virus du SIDA est exprimé dans les lymphocytes T.

Le virus est instable à l'environnement, sensible à de nombreux antiseptiques. L'activité infectieuse du virus est réduite de 1000 fois lorsqu'il est chauffé à une température de 56C pendant 30 minutes.

La maladie se transmet sexuellement ou par le sang. L'infection par le SIDA est généralement mortelle !

Fondamentaux de la cytologie.

Dispositions fondamentales de la théorie cellulaire.

La cage a été découverte dans la seconde moitié du XVIIe siècle. L'étude de la cellule s'est particulièrement développée dans la seconde moitié du 19ème siècle en lien avec la création de la théorie cellulaire. Le niveau cellulaire de la recherche est devenu le principe directeur des disciplines biologiques les plus importantes. En biologie, une nouvelle section a pris forme - la cytologie. L'objet d'étude de la cytologie est les cellules d'organismes multicellulaires, ainsi que les organismes dont le corps est représenté par une seule cellule. La cytologie étudie la structure, la composition chimique, les modes de reproduction, les propriétés adaptatives.

La base théorique de la cytologie est la théorie cellulaire. La théorie cellulaire a été formulée en 1838 par T. Schwann, bien que les deux premières dispositions de la théorie cellulaire appartiennent à M. Schleiden, qui a étudié les cellules végétales. T. Schwann, un spécialiste bien connu de la structure des cellules animales, en 1838, sur la base des données des travaux de M. Schleiden et des résultats de ses propres recherches, a tiré les conclusions suivantes:

La cellule est la plus petite unité structurelle des organismes vivants.

Les cellules se forment à la suite de l'activité d'organismes vivants.

Les cellules animales et végétales ont plus de similitudes que de différences.

Les cellules des organismes multicellulaires sont interconnectées structurellement et fonctionnellement.

Une étude plus approfondie de la structure et de l'activité de la vie a permis d'en apprendre beaucoup à son sujet. Cela a été facilité par le perfectionnement des techniques microscopiques, des méthodes de recherche et l'arrivée de nombreux chercheurs talentueux en cytologie. La structure du noyau a été étudiée en détail, une analyse cytologique de processus biologiques aussi importants que la mitose, la méiose et la fécondation a été effectuée. La microstructure de la cellule elle-même est devenue connue. Des organites cellulaires ont été découverts et décrits. Le programme de recherche cytologique du XXe siècle s'est fixé pour tâche d'élucider et de distinguer plus précisément les propriétés de la cellule. Par conséquent, une attention particulière a été accordée à l'étude de la composition chimique de la cellule et du mécanisme par lequel la cellule absorbe les substances de l'environnement.

Toutes ces études ont permis de multiplier et d'élargir les dispositions de la théorie cellulaire dont les principaux postulats ressemblent actuellement à ceci :

La cellule est l'unité fondamentale et structurelle de tous les organismes vivants.

Les cellules ne se forment qu'à partir de cellules à la suite d'une division.

Les cellules de tous les organismes ont une structure, une composition chimique et des fonctions physiologiques de base similaires.

Les cellules des organismes multicellulaires forment un complexe fonctionnel unique.

Les cellules des plantes et des animaux supérieurs forment des groupes fonctionnellement liés - les tissus; Les organes qui composent le corps sont formés à partir de tissus.

Caractéristiques structurelles des cellules procaryotes et eucaryotes.

Les procaryotes sont les organismes les plus anciens formant un règne indépendant. Les procaryotes comprennent les bactéries, les "algues" bleu-vert et un certain nombre d'autres petits groupes.

Les cellules procaryotes n'ont pas de noyau distinct. L'appareil génétique est présenté. est constitué d'ADN circulaire. Il n'y a pas de mitochondries ni d'appareil de Golgi dans la cellule.

Les eucaryotes sont des organismes qui ont un vrai noyau. Les eucaryotes comprennent des représentants du règne végétal, du règne animal et du règne fongique.

Les cellules eucaryotes sont généralement plus grandes que les cellules procaryotes, divisées en éléments structurels distincts. L'ADN lié à une protéine forme des chromosomes, qui sont situés dans le noyau, entourés d'une enveloppe nucléaire et remplis de caryoplasme. La division des cellules eucaryotes en éléments structuraux est réalisée à l'aide de membranes biologiques.

des cellules eucaryotes. Structure et fonctions.

Les eucaryotes comprennent les plantes, les animaux, les champignons.

La structure des cellules végétales et fongiques est discutée en détail dans la section botanique "Manuels pour les candidats aux universités" Compilé par M. A. Galkin.

Dans ce manuel, nous soulignerons les particularités des cellules animales, sur la base d'une des dispositions de la théorie cellulaire. "Il y a plus de similitudes entre les cellules végétales et animales que de différences."

Les cellules animales n'ont pas de paroi cellulaire. Il est représenté par un protoplaste nu. La couche limite d'une cellule animale - le glycocalyx est la couche supérieure de la membrane cytoplasmique "renforcée" par des molécules de polysaccharides, qui font partie de la substance intercellulaire que dans la cellule.

Les mitochondries ont des crêtes repliées.

Les cellules animales ont un centre cellulaire composé de deux centrioles. Cela suggère que toute cellule animale est potentiellement capable de division.

L'inclusion dans une cellule animale se présente sous forme de grains et de gouttes (protéines, lipides, glycogène glucidique), produits finaux du métabolisme, cristaux de sel, pigments.

Dans les cellules animales, il peut y avoir des vacuoles contractiles, digestives, excrétrices de petites tailles.

Il n'y a pas de plastes dans les cellules, des inclusions sous forme de grains d'amidon, de grains, de grandes vacuoles remplies de jus.

La division cellulaire.

Une cellule est formée uniquement à partir d'une cellule à la suite d'une division. Les cellules eucaryotes se divisent selon le type de mitose ou selon le type de méiose. Ces deux divisions procèdent en trois étapes :

La division des cellules végétales selon le type de mitose et selon le type de méiose est décrite en détail dans la section "Botanique" du manuel pour les candidats aux universités compilé par M. A. Galkin.

Ici, nous indiquons uniquement les caractéristiques de division pour les cellules animales.

Les caractéristiques de division dans les cellules animales sont associées à l'absence de paroi cellulaire. Lorsqu'une cellule se divise selon le type de mitose en cytokinèse, la séparation des cellules filles se produit déjà au premier stade.Chez les plantes, les cellules filles prennent forme sous la protection de la paroi cellulaire de la cellule mère, qui n'est détruite qu'après la apparition de la paroi cellulaire primaire dans les cellules filles. Lorsqu'une cellule se divise selon le type de méiose chez les animaux, la division se produit déjà dans la télophase 1. Chez les plantes, dans la télophase 1, la formation d'une cellule binucléaire se termine.

La formation du fuseau de division en télophase un est précédée de la divergence des centrioles aux pôles de la cellule. À partir des centrioles, la formation de filaments de fuseau commence. Chez les plantes, des filaments de fuseau commencent à se former à partir d'amas polaires de microtubules.

Mouvement cellulaire. Organites du mouvement.

Les organismes vivants constitués d'une seule cellule ont souvent la capacité de se déplacer activement. Les mécanismes de mouvement apparus au cours du processus d'évolution sont très divers. Les principales formes de mouvement sont - amiboïdes et à l'aide de flagelles. De plus, les cellules peuvent se déplacer en sécrétant du mucus ou en déplaçant la substance principale du cytoplasme.

Le mouvement amiboïde tire son nom de l'organisme le plus simple - l'amibe. Les organes de mouvement de l'amibe sont de fausses jambes - pseudo-similarité, qui sont des saillies du cytoplasme. Ils se forment à différents endroits à la surface du cytoplasme. Ils peuvent disparaître et réapparaître ailleurs.

Le mouvement à l'aide de flagelles est caractéristique de nombreuses algues unicellulaires (par exemple, chlamydomonas), protozoaires (par exemple, euglena verte) et bactéries. Les organes de mouvement de ces organismes sont des flagelles - des excroissances cytoplasmiques à la surface du cytoplasme.

La composition chimique de la cellule.

La composition chimique de la cellule est étroitement liée aux caractéristiques de la structure et du fonctionnement de cette unité élémentaire et fonctionnelle du vivant.

En plus de la morphologie, la plus courante et la plus universelle pour les cellules des représentants de tous les règnes est la composition chimique du protoplaste. Ce dernier contient environ 80 % d'eau, 10 % de matières organiques et 1 % de sels. Le rôle principal dans la formation du protoplaste parmi eux est principalement les protéines, les acides nucléiques, les lipides et les glucides.

Selon la composition des éléments chimiques, le protoplaste est extrêmement complexe. Il contient à la fois des substances à faible poids moléculaire et des substances à grosse molécule. 80% du poids du protoplaste est composé de substances de haut poids moléculaire et seulement 30% de composés de bas poids moléculaire. En même temps, pour chaque macromolécule, il y en a des centaines, et pour chaque grande macromolécule, il y a des milliers et des dizaines de milliers de molécules.

Si l'on considère la teneur en éléments chimiques dans la cellule, la première place devrait être donnée à l'oxygène (65-25%). Viennent ensuite le carbone (15-20%), l'hydrogène (8-10%) et l'azote (2-3%). Le nombre d'autres éléments, et une centaine d'entre eux ont été trouvés dans les cellules, est bien moindre. La composition des éléments chimiques dans une cellule dépend à la fois des caractéristiques biologiques de l'organisme et de l'habitat.

Substances inorganiques et leur rôle dans la vie de la cellule.

Les substances inorganiques de la cellule comprennent l'eau et les sels. Pour les processus vitaux, parmi les cations qui composent les sels, les plus importants sont K, Ca, Mg, Fe, Na, NH, issus des anions NO, HPO, HPO.

Les ions ammonium et nitrate sont réduits aux cellules végétales en NH et sont inclus dans la synthèse des acides aminés ; Chez les animaux, les acides aminés sont utilisés pour construire leurs propres protéines. Lorsque les organismes meurent, ils sont inclus dans le cycle des substances sous forme d'azote libre. Ils font partie des protéines, des acides aminés, des acides nucléiques et de l'ATP. Si les phosphores-phosphates, étant dans le sol, sont dissous par les sécrétions racinaires des plantes et absorbés. Ils font partie de toutes les structures membranaires, acides nucléiques et ATP, enzymes, tissus.

Le potassium se trouve dans toutes les cellules sous forme d'ions K. La "pompe à potassium" de la cellule favorise la pénétration des substances à travers la membrane cellulaire. Il active les processus vitaux des cellules, les excitations et les impulsions.

Le calcium se trouve dans les cellules sous forme d'ions ou de cristaux de sel. Inclus dans le sang contribue à sa coagulation. Inclus dans les os, les coquillages, les squelettes calcaires des polypes coralliens.

Le magnésium se trouve sous forme d'ions dans les cellules végétales. Inclus dans la chlorophylle.

Les ions de fer font partie de l'hémoglobine contenue dans les globules rouges, qui assurent le transport de l'oxygène.

Les ions sodium sont impliqués dans le transport de substances à travers la membrane.

Au premier rang des substances qui composent la cellule, se trouve l'eau. Il est contenu dans la substance principale du cytoplasme, dans la sève cellulaire, dans le caryoplasme, dans les organites. Entre dans des réactions de synthèse, d'hydrolyse et d'oxydation. C'est un solvant universel et une source d'oxygène. L'eau fournit la turgescence, régule la pression osmotique. Enfin, c'est un milieu pour les processus physiologiques et biochimiques se produisant dans la cellule. Avec l'aide de l'eau, le transport des substances à travers la membrane biologique, le processus de thermorégulation, etc. est assuré.

L'eau avec d'autres composants - organiques et inorganiques, de haut et de bas poids moléculaire - est impliquée dans la formation de la structure du protoplaste.

Substances organiques (protéines, glucides, lipides, acides nucléiques, ATP), leur structure et leur rôle dans la vie de la cellule.

La cellule est la structure élémentaire dans laquelle s'effectuent toutes les grandes étapes du métabolisme biologique et où sont contenus tous les principaux composants chimiques de la matière vivante. 80% du poids du protoplaste est constitué de substances macromoléculaires - protéines, glucides, lipides, acides nucléiques.

Parmi les principaux composants du protoplasme, la principale valeur appartient à la protéine. La macromolécule protéique a la composition et la structure les plus complexes et se caractérise par une manifestation extrêmement riche de propriétés chimiques et physico-chimiques. Il contient l'une des propriétés les plus importantes de la matière vivante - la spécificité biologique.

Les acides aminés sont les principaux éléments constitutifs d'une molécule de protéine. Les molécules de la plupart des acides aminés contiennent chacune un groupe carboxyle et un groupe amine. Les acides aminés d'une protéine sont interconnectés par des liaisons peptidiques dues aux groupes carboxyle et -amine, c'est-à-dire qu'une protéine est un polymère dont le monomère est constitué d'acides aminés. Les protéines des organismes vivants sont formées de vingt acides aminés "dorés".

L'ensemble de liaisons peptidiques qui unit une chaîne de résidus d'acides aminés forme une chaîne peptidique - une sorte de squelette de molécules polypeptidiques.

Dans une macromolécule protéique, on distingue plusieurs ordres de structure - primaire, secondaire, tertiaire. La structure primaire d'une protéine est déterminée par la séquence des résidus d'acides aminés. La structure secondaire des chaînes polypeptidiques est une hélice continue ou discontinue. L'orientation spatiale de ces hélices ou la combinaison de plusieurs polypeptides constituent un système d'ordre supérieur - une structure tertiaire caractéristique des molécules de nombreuses protéines. Pour les grosses molécules protéiques, de telles structures ne sont que des sous-unités dont l'arrangement spatial mutuel constitue une structure quaternaire.

Les protéines physiologiquement actives ont une structure globulaire telle qu'une bobine ou un cylindre.

La séquence et la structure des acides aminés déterminent les propriétés de la protéine, et les propriétés déterminent la fonction. Il existe des protéines insolubles dans l'eau et des protéines librement solubles dans l'eau. Il existe des protéines solubles uniquement dans des solutions faibles d'alcali ou d'alcool à 60-80%. Les protéines diffèrent également par leur poids moléculaire, et donc par la taille de la chaîne polypeptidique. Une molécule de protéine sous l'influence de certains facteurs est capable de se casser ou de se dérouler. Ce phénomène s'appelle la dénaturation. Le processus de dénaturation est réversible, c'est-à-dire que la protéine est capable de changer ses propriétés.

Les fonctions des protéines dans la cellule sont diverses. Ce sont avant tout des fonctions de construction - la protéine fait partie des membranes. Les protéines agissent comme des catalyseurs. Ils accélèrent les réactions. Les catalyseurs cellulaires sont appelés enzymes. Les protéines remplissent également une fonction de transport. Un excellent exemple est l'hémoglobine, un agent porteur d'oxygène. La fonction protectrice des protéines est connue. Rappelez-vous la formation dans les cellules de substances qui se lient et neutralisent les substances qui peuvent nuire à la cellule. Bien que de manière insignifiante, les protéines remplissent une fonction énergétique. Se décomposant en acides aminés, ils libèrent de l'énergie.

Environ 1% de la matière sèche de la cellule est constituée de glucides. Les glucides sont divisés en sucres simples, en glucides de bas poids moléculaire et en sucres de haut poids moléculaire. Tous les types de glucides contiennent des atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène.

Les sucres simples, ou monoses, sont divisés en pentoses et heptoses selon le nombre d'unités carbonées dans la molécule. Parmi les glucides de faible poids moléculaire dans la nature, le saccharose, le maltose et le lactose sont les plus répandus. Les glucides de haut poids moléculaire sont divisés en glucides simples et complexes. Simples sont les polysaccharides, dont les molécules sont constituées de résidus de n'importe quel monose. Ce sont l'amidon, le glycogène, la cellulose. Les complexes comprennent la pectine, le mucus. La composition des glucides complexes, en plus des monoses, comprend les produits de leur oxydation et de leur réduction.

Les glucides remplissent une fonction de construction, formant la base de la paroi cellulaire. Mais la fonction principale des glucides est l'énergie. Lorsque les glucides complexes sont décomposés en glucides simples et les glucides simples en dioxyde de carbone et en eau, une quantité importante d'énergie est libérée.

Toutes les cellules animales et végétales contiennent des lipides. Les lipides comprennent des substances de diverses natures chimiques, mais ayant des propriétés physiques et chimiques communes, à savoir : Insolubilité dans l'eau et bonne solubilité dans les solvants organiques - éther, benzène, essence, chloroforme.

Selon leur composition chimique et leur structure, les lipides sont divisés en phospholipides, sulfolipides, stérols, pigments liposolubles, graisses et cires. Les molécules lipidiques sont riches en radicaux et groupes hydrophobes.

La fonction de construction des lipides est excellente. La majeure partie des membranes biologiques est constituée de lipides. Lors de la décomposition des graisses, une grande quantité d'énergie est libérée. Les lipides comprennent certaines vitamines (A, D). Les lipides remplissent une fonction protectrice chez les animaux. Ils se déposent sous la peau, créant une couche à faible conductivité thermique. La graisse du chameau est la source d'eau. Un kilogramme de graisse s'oxyde pour donner un kilogramme d'eau.

Les acides nucléiques, comme les protéines, jouent un rôle majeur dans le métabolisme et l'organisation moléculaire de la matière vivante. Ils sont associés à la synthèse des protéines, à la croissance et à la division cellulaires, à la formation de structures cellulaires et, par conséquent, à la formation et à l'hérédité du corps.

Les acides nucléiques contiennent trois blocs de construction de base : l'acide phosphorique, un glucide de type pentose et des bases azotées ; lorsqu'ils sont combinés, ils forment des nucléotides. Les acides nucléiques sont des polynucléotides, c'est-à-dire des produits de polymérisation d'un grand nombre de nucléotides. Dans les nucléotides, les éléments structuraux sont connectés dans l'ordre suivant : acide phosphorique - pentose - base azotée. Dans le même temps, le pentose est lié à l'acide phosphorique par une liaison éther et à une base - par une liaison glucosidique. La connexion entre les nucléotides de l'acide nucléique s'effectue par l'intermédiaire de l'acide phosphorique, dont les radicaux libres provoquent les propriétés acides des acides nucléiques.

Dans la nature, il existe deux types d'acides nucléiques - ribonucléiques et désoxyribonucléiques (ARN et ADN). Ils diffèrent par la composante carbonée et l'ensemble des bases azotées.

L'ARN contient du ribose comme composant carboné, l'ADN contient du désoxyribose.

Les bases azotées des acides nucléiques sont des dérivés de la purine et de la pyramidine. Les premiers comprennent l'adénine et la guanine, qui sont des composants essentiels des acides nucléiques. Les dérivés de la pyramidine sont la cytosine, la thymine, l'uracile. Parmi ceux-ci, seule la cytosine est requise pour les deux acides nucléiques. Quant à la thymine et à l'uracile, la première est caractéristique de l'ADN, la seconde de l'ARN. Selon la présence d'une base azotée, les nucléotides sont appelés adénine, cytosyle, guanine, thymine, uracile.

La structure structurelle des acides nucléiques est devenue connue après la plus grande découverte faite en 1953 par Watson et Crick.

La molécule d'ADN est constituée de deux chaînes polynucléotidiques hélicoïdales enroulées autour d'un axe commun. Ces chaînes se font face avec des bases azotées. Ces derniers maintiennent les deux chaînes ensemble dans toute la molécule. Seules deux combinaisons sont possibles dans une molécule d'ADN : l'adénine avec la thymine et la guanine avec la cytosine. Le long de l'hélice, deux "rainures" sont formées dans la macromolécule - une petite est située entre deux chaînes polynucléotidiques, l'autre - une grande représente une ouverture entre les spires. La distance entre les paires de bases le long de l'axe de la molécule d'ADN est de 3,4 A. 10 paires de nucléotides s'insèrent dans un tour de l'hélice, respectivement, la longueur d'un tour est de 3,4 A. Le diamètre de la section transversale de l'hélice est de 20 A. L'ADN chez les eucaryotes est contenu dans le noyau cellulaire, où fait partie des chromosomes, et dans le cytoplasme, où il se trouve dans les mitochondries et les chloroplastes.

Une propriété particulière de l'ADN est sa capacité à se dupliquer - ce processus d'auto-reproduction déterminera le transfert des propriétés héréditaires de la cellule mère aux cellules filles.

La synthèse de l'ADN est précédée par la transition de sa structure de double brin à simple brin. Après cela, sur chaque chaîne polynucléotidique, à mesure qu'une nouvelle chaîne polynucléotidique se forme sur la matrice, la séquence nucléotidique dans laquelle correspond à celle d'origine, une telle séquence est déterminée par le principe de complémentarité des bases. Contre chaque A se dresse T, contre C - G.

L'acide ribonucléique (ARN) est un polymère dont les monomères sont des ribonucléotides : adénine, cytosine, guanine, uracile.

Actuellement, il existe trois types d'ARN - structurel, soluble ou de transport, informationnel. L'ARN structurel se trouve principalement dans les ribosomes. Par conséquent, il est appelé ARN ribosomal. Il représente jusqu'à 80% de tous les ARN cellulaires. L'ARN de transfert est constitué de 80 à 80 nucléotides. On le trouve dans la substance principale du cytoplasme. Il représente environ 10 à 15 % de tous les ARN. Il joue le rôle de transporteur d'acides aminés vers les ribosomes, où se déroule la synthèse des protéines. L'ARN messager n'est pas très homogène ; il peut avoir un poids moléculaire de 300 000 à 2 millions ou plus et est extrêmement actif sur le plan métabolique. L'ARN messager se forme en continu dans le noyau sur l'ADN, qui joue le rôle de matrice, et est envoyé aux ribosomes où il participe à la synthèse des protéines. À cet égard, l'ARN messager est appelé ARN messager. C'est 10-5% de la quantité totale d'ARN.

Parmi les substances organiques de la cellule, l'acide adénine triphosphorique occupe une place particulière. Il contient trois composants connus : la base azotée adénine, les glucides (ribose) et l'acide phosphorique. Une caractéristique de la structure de l'ATP est la présence de deux groupes phosphate supplémentaires attachés au résidu d'acide phosphorique déjà existant, entraînant la formation de liaisons riches en énergie. De telles connexions sont dites macroénergétiques. Une liaison macroénergétique dans une molécule-gramme d'une substance contient jusqu'à 16 000 calories. L'ATP et l'ADP se forment pendant la respiration en raison de l'énergie libérée lors de la dégradation oxydative des glucides, des graisses, etc. Le processus inverse, c'est-à-dire la transition de l'ATP à l'ADP, s'accompagne de la libération d'énergie, qui est directement utilisée dans certaines vies processus - dans les substances de synthèse, dans le mouvement de la substance de base du cytoplasme, dans la conduction des excitations, etc. L'ATP est une source d'énergie unique et universelle alimentant la cellule. Comme il est devenu connu ces dernières années, l'ATP et l'ADP, l'AMP sont le matériau de départ pour la formation d'acides nucléiques.

Substances de régulation et de signalisation.

Les protéines ont un certain nombre de propriétés remarquables.

Enzymes. La plupart des réactions d'assimilation et de dissimilation dans le corps se produisent avec la participation d'enzymes - des protéines qui sont des catalyseurs biologiques. Actuellement, l'existence d'environ 700 enzymes est connue. Toutes sont des protéines simples ou complexes. Ces derniers sont composés de protéine et de coenzyme. Les coenzymes sont diverses substances physiologiquement actives ou leurs dérivés - nucléotides, flavines, etc.

Les enzymes se caractérisent par une activité extrêmement élevée, qui dépend largement du pH du milieu. Pour les enzymes, leur spécificité est la plus caractéristique. Chaque enzyme n'est capable de réguler qu'un type de réaction strictement défini.

Ainsi, les enzymes agissent comme des accélérateurs et des régulateurs de presque tous les processus biochimiques dans la cellule et dans le corps.

Les hormones sont les secrets des glandes endocrines. Les hormones assurent la synthèse de certaines enzymes dans la cellule, activent ou inhibent leur travail. Ainsi, ils accélèrent la croissance du corps et la division cellulaire, améliorent la fonction musculaire, régulent l'absorption et l'excrétion de l'eau et des sels. Le système hormonal, avec le système nerveux, assure l'activité de l'ensemble du corps, grâce à l'action particulière des hormones.

Vitamines. Leur rôle biologique.

Les vitamines sont des substances organiques produites dans le corps de l'animal ou fournies par la nourriture en très petites quantités, mais absolument nécessaires au métabolisme normal. Le manque de vitamines conduit à la maladie de l'hypo- et de l'avitaminose.

Actuellement, plus de 20 vitamines sont connues. Ce sont des vitamines du groupe B, des vitamines E, A, K, C, PP, etc.

Le rôle biologique des vitamines réside dans le fait qu'en leur absence ou carence, le travail de certaines enzymes est perturbé, les réactions biochimiques et l'activité cellulaire normale sont perturbées.

Biosynthèse des protéines. Code génétique.

La biosynthèse des protéines, ou plutôt des chaînes polypeptidiques, s'effectue sur les ribosomes, mais ce n'est que la dernière étape d'un processus complexe.

Les informations sur la structure de la chaîne polypeptidique sont contenues dans l'ADN. Un segment d'ADN qui contient des informations sur une chaîne polypeptidique est un gène. Lorsque cela est devenu connu, il est devenu clair que la séquence nucléotidique de l'ADN doit déterminer la séquence d'acides aminés de la chaîne polypeptidique. Cette relation entre les bases et les acides aminés est connue sous le nom de code génétique. Comme vous le savez, la molécule d'ADN est constituée de quatre types de nucléotides, dont l'une des quatre bases : l'adénine (A), la guanine (G), la thymine (T), la cytosine (C). Les nucléotides sont connectés dans une chaîne polynucléotidique. Avec cet alphabet de quatre lettres, des instructions sont écrites pour la synthèse d'un nombre potentiellement infini de molécules de protéines. Si une base déterminait la position d'un acide aminé, la chaîne ne contiendrait que quatre acides aminés. Si chaque acide aminé était codé par deux bases, alors 16 acides aminés pourraient être codés en utilisant un tel code. Seul un code composé de triplets de base (un code triplet) peut garantir que les 20 acides aminés sont inclus dans la chaîne polypeptidique. Ce code comprend 64 triplets différents. Actuellement, le code génétique est connu pour les 20 acides aminés.

Les principales caractéristiques du code génétique peuvent être formulées comme suit.

Le code qui détermine l'inclusion d'un acide aminé dans une chaîne polypeptidique est un triplet de bases dans la chaîne polypeptidique de l'ADN.

Le code est universel : les mêmes triplets codent les mêmes acides aminés dans différents micro-organismes.

Le code est dégénéré : un acide aminé donné peut être codé par plus d'un triplet. Par exemple, l'acide aminé leucine est codé par les triplets GAA, GAG, GAT, GAC.

Code superposé : par exemple, la séquence nucléotidique AAACAATTA est en lecture seule comme AAA/CAA/TTA. Il convient de noter qu'il existe des triplets qui ne codent pas pour un acide aminé. La fonction de certains de ces triplets a été établie. Ce sont des codons de départ, des codons de réinitialisation, etc. Les fonctions des autres nécessitent un décodage.

La séquence de bases d'un gène, qui contient des informations sur la chaîne polypeptidique, « est réécrite dans sa séquence de bases complémentaire d'ARN informationnel ou messager. Ce processus est appelé transcription.La molécule d'ARN-I est formée à la suite de la liaison de ribonucléotides libres les uns aux autres sous l'action de l'ARN polymérase conformément aux règles d'appariement des bases de l'ADN et de l'ARN (A-U, G-C, T-A, C-G). Les molécules d'ARN-I synthétisées transportant des informations génétiques quittent le noyau et se dirigent vers les ribosomes. Ici, un processus appelé traduction a lieu - la séquence de triplets de bases dans la molécule d'ARN-I est traduite en une séquence spécifique d'acides aminés dans la chaîne polypeptidique.

Plusieurs ribosomes sont attachés à l'extrémité de la molécule d'ADN, formant un polysome. Toute cette structure est une série de ribosomes connectés. En même temps, sur une molécule d'ARN-I, la synthèse de plusieurs chaînes polypeptidiques peut être réalisée. Chaque ribosome est composé de deux sous-unités, une petite et une grande. I-ARN Se fixe à la surface de la petite sous-unité en présence d'ions magnésium. Dans ce cas, ses deux premiers codons traduits s'avèrent faire face à la grande sous-unité du ribosome. Le premier codon lie une molécule d'ARNt contenant un anticodon complémentaire et portant le premier acide aminé du polypeptide synthétisé. Le deuxième anticodon fixe alors un complexe acide aminé-ARNt contenant un anticodon complémentaire de ce codon.

La fonction du ribosome est de maintenir l'i-ARN, l'ARN-t et les facteurs protéiques impliqués dans le processus de traduction dans la bonne position jusqu'à ce qu'une liaison peptidique se forme entre les acides aminés adjacents.

Dès qu'un nouvel acide aminé a rejoint la chaîne polypeptidique en croissance, le ribosome se déplace le long du brin d'ARNm afin de placer le codon suivant à sa place. La molécule d'ARN-t, qui était auparavant associée à la chaîne polypeptidique, désormais libérée de l'acide aminé, quitte le ribosome et retourne dans la substance principale du cytoplasme pour former un nouveau complexe acide aminé-ARN-t. Cette "lecture" séquentielle par le ribosome du "texte" contenu dans l'ARNm se poursuit jusqu'à ce que le processus atteigne l'un des codons stop. De tels codons sont des triplets UAA, UAG ou UGA. A ce stade, la chaîne polypeptidique, dont la structure primaire était codée dans la région de l'ADN - le gène, quitte le ribosome et la traduction est terminée.

Une fois que les chaînes polypeptidiques se sont séparées du ribosome, elles peuvent acquérir leur propre structure secondaire, tertiaire ou quaternaire.

En conclusion, il convient de noter que l'ensemble du processus de synthèse des protéines dans la cellule se produit avec la participation d'enzymes. Ils assurent la synthèse de l'i-ARN, la "capture" des acides aminés de l'ARN-t, la connexion des acides aminés dans une chaîne polypeptidique, la formation d'une structure secondaire, tertiaire et quaternaire. C'est à cause de la participation d'enzymes que la synthèse des protéines est appelée biosynthèse. Pour assurer toutes les étapes de la synthèse des protéines, l'énergie libérée lors de la dégradation de l'ATP est utilisée.

Régulation de la transcription et de la traduction (synthèse des protéines) chez les bactéries et les organismes supérieurs.

Chaque cellule contient un ensemble complet de molécules d'ADN. Avec des informations sur la structure de toutes les chaînes polypeptidiques qui ne peuvent être synthétisées que dans un organisme donné. Cependant, seule une partie de ces informations est réalisée dans une certaine cellule, comment s'effectue la régulation de ce processus ?

Actuellement, seuls les mécanismes individuels de synthèse des protéines ont été élucidés. La plupart des protéines enzymatiques ne se forment qu'en présence de substances substrats sur lesquelles elles agissent. La structure de la protéine enzymatique est codée dans le gène correspondant (gène de structure). À côté du gène de structure se trouve un autre gène opérateur. De plus, une substance spéciale est présente dans la cellule - un répresseur qui peut interagir à la fois avec le gène opérateur et avec la substance substrat. La synthèse du répresseur est régulée par un gène régulateur.

En rejoignant le gène opérateur, le répresseur interfère avec le fonctionnement normal du gène de structure adjacent. Cependant, après la liaison à un substrat, le répresseur perd sa capacité à se lier au gène opérateur et à empêcher la synthèse de l'ARNm. La formation des répresseurs eux-mêmes est contrôlée par des gènes régulateurs spéciaux, dont le fonctionnement est contrôlé par des répresseurs de second ordre. C'est pourquoi pas toutes, mais seulement des cellules spécifiques réagissent à un substrat donné en synthétisant l'enzyme correspondante.

Cependant, la hiérarchie des mécanismes répresseurs ne s'arrête pas là, il existe des répresseurs d'ordres supérieurs, ce qui indique l'étonnante complexité du gène dans la cellule associée au lancement.

La lecture du « texte » contenu dans l'i-ARN s'arrête lorsque ce processus atteint le codon stop.

Organismes autotrophes (autotrophes) et hétérotrophes.

Les organismes autotrophes synthétisent des substances organiques à partir de substances inorganiques en utilisant l'énergie du Soleil ou l'énergie libérée lors de réactions chimiques. Les premiers sont appelés héliotrophes, les seconds - chimiotrophes. Les organismes autotrophes comprennent les plantes et certaines bactéries.

Dans la nature, il existe également un type de nutrition mixte, caractéristique de certaines bactéries, algues et protozoaires. De tels organismes peuvent synthétiser les substances organiques de leur corps à partir de substances organiques prêtes à l'emploi et de substances inorganiques.

Le volume de substances dans la cellule.

Le volume de substances est un processus constant de consommation, de transformation, d'utilisation, d'accumulation, de perte de substances et d'énergie qui permet à la cellule de s'auto-conserver, de croître, de se développer et de se multiplier. Le métabolisme consiste en des processus continus d'assimilation et de dissimilation.

Échange plastique dans la cellule.

Le métabolisme plastique dans une cellule est un ensemble de réactions d'assimilation, c'est-à-dire la transformation de certaines substances à l'intérieur de la cellule depuis leur entrée jusqu'à la formation de produits finaux - protéines, glucose, graisses, etc. Chaque groupe d'organismes vivants est caractérisé par un type particulier de métabolisme plastique génétiquement fixé.

Métabolisme du plastique chez les animaux. Les animaux sont des organismes hétérotrophes, c'est-à-dire qu'ils se nourrissent d'aliments contenant des substances organiques prêtes à l'emploi. Dans le tractus intestinal ou la cavité intestinale, ils sont décomposés : les protéines en acides aminés, les glucides en monoses, les lipides en acides gras et en glycérol. Les produits de clivage pénètrent dans la circulation sanguine et directement dans les cellules du corps. Dans le premier cas, les produits de clivage se retrouvent à nouveau dans les cellules de l'organisme. Dans les cellules, des substances sont synthétisées qui sont déjà caractéristiques d'une cellule donnée, c'est-à-dire qu'un ensemble spécifique de substances est formé. Parmi les réactions d'échange plastique, les plus simples sont les réactions qui assurent la synthèse des protéines. La synthèse des protéines se produit sur les ribosomes, selon des informations sur la structure de la protéine contenue dans l'ADN, à partir des acides aminés qui pénètrent dans la cellule. La synthèse des di-, polysaccharides provient de monoses dans l'appareil de Golgi. Les graisses sont synthétisées à partir de glycérol et d'acides gras. Toutes les réactions de synthèse ont lieu avec la participation d'enzymes et nécessitent une dépense d'énergie ; l'ATP fournit de l'énergie pour les réactions d'assimilation.

Le métabolisme du plastique dans les cellules végétales a beaucoup en commun avec le métabolisme du plastique dans les cellules animales, mais présente une certaine spécificité liée au mode de nutrition des plantes. Les plantes sont des organismes autotrophes. Les cellules végétales contenant des chloroplastes sont capables de synthétiser des substances organiques à partir de simples composés inorganiques en utilisant l'énergie lumineuse. Ce processus, connu sous le nom de photosynthèse, permet aux plantes de produire une molécule de glucose et six molécules d'oxygène en utilisant la chlorophylle à partir de six molécules de dioxyde de carbone et de six molécules d'eau. À l'avenir, la conversion du glucose suit la voie que nous connaissons.

Les métabolites apparaissant dans les plantes au cours du métabolisme donnent naissance aux éléments constitutifs des protéines - acides aminés et graisses - glycérol et acides gras. La synthèse des protéines chez les plantes se fait comme chez les animaux sur les ribosomes et la synthèse des graisses sur le cytoplasme. Toutes les réactions du métabolisme plastique dans les plantes ont lieu avec la participation d'enzymes et d'ATP. À la suite du métabolisme plastique, des substances sont formées qui assurent la croissance et le développement de la cellule.

Métabolisme énergétique dans la cellule et son essence.

L'ensemble des réactions de dissimilation accompagnées de la libération d'énergie est appelé métabolisme énergétique. Les substances les plus énergétiques sont les protéines, les lipides et les glucides.

Le métabolisme énergétique commence avec l'étape de fabrication, lorsque les protéines se décomposent en acides aminés, les graisses en glycérol et en acides gras, les polysaccharides en monosaccharides. L'énergie générée à ce stade est négligeable et est dissipée sous forme de chaleur. Parmi les substances résultantes, le principal fournisseur d'énergie est le glucose. La dégradation du glucose dans la cellule, aboutissant à la synthèse d'ATP, se déroule en deux étapes. Tout commence par une séparation sans oxygène - la glycolyse. La deuxième étape est appelée séparation de l'oxygène.

La glycolyse est le nom donné à la séquence de réactions dans laquelle une molécule de glucose se décompose en deux molécules d'acide pyruvique. Ces réactions ont lieu dans la substance fondamentale du cytoplasme et ne nécessitent pas la présence d'oxygène. Le processus se déroule en deux étapes. Au premier stade, le glucose est converti en fructose -1,6,-bisphosphate, et au second stade, ce dernier est divisé en deux sucres à trois carbones, qui sont ensuite convertis en acide pyruvique. Dans le même temps, deux molécules d'ATP sont consommées dans la première étape des réactions de phosphorylation. Ainsi, le rendement net d'ATP pendant la glycolyse est de deux molécules d'ATP. De plus, quatre atomes d'hydrogène sont libérés lors de la glycolyse.. La réaction totale de la glycolyse peut s'écrire comme suit :

CHO 2CHO + 4H + 2 ATP

Plus tard, en présence d'oxygène, l'acide pyruvique passe dans les mitochondries pour une oxydation complète en CO et en eau (respiration aérobie). S'il n'y a pas d'oxygène, il se transforme en éthanol ou en acide lactique (respiration anaérobie).

La dégradation de l'oxygène (respiration aérobie) se produit dans les mitochondries, où, sous l'action d'enzymes, l'acide pyruvique réagit avec l'eau et se décompose complètement pour former du dioxyde de carbone et des atomes d'hydrogène. Le dioxyde de carbone est éliminé de la cellule. Les atomes d'hydrogène pénètrent dans la membrane mitochondriale, où ils sont oxydés à la suite du processus enzymatique. Les électrons et les cations hydrogène sont transportés vers les côtés opposés de la membrane à l'aide de molécules porteuses : électrons vers l'intérieur, protons vers l'extérieur. Les électrons se combinent avec l'oxygène. À la suite de ces réarrangements, la membrane est chargée positivement de l'extérieur et négativement de l'intérieur. Lorsqu'un niveau critique de différence de potentiel à travers la membrane est atteint, les particules chargées positivement sont poussées à travers un canal dans la molécule d'enzyme intégrée à la membrane vers la face interne de la membrane, où elles se combinent avec l'oxygène pour former de l'eau.

Le processus de respiration d'oxygène peut être représenté au niveau suivant :

2CHO + 6O + 36ADP + 36HPO 36ATP + 6CO + 42HO.

Et l'équation totale de la glycolyse et du processus d'oxygène ressemble à ceci :

CHO + 6O + 38ADP + 38HPO 38ATP + 6CO + 44HO

Ainsi, la décomposition d'une molécule de glucose dans la cellule en dioxyde de carbone et en eau assure la synthèse de 38 molécules d'ATP.

Cela signifie que dans le processus de métabolisme énergétique, l'ATP se forme - la source universelle d'énergie dans la cellule.

Chimiosynthèse.

Chaque organisme a besoin d'un apport constant d'énergie pour maintenir la vie et mener à bien les processus qui composent le métabolisme.

Le processus de formation par certains micro-organismes de substances organiques à partir de dioxyde de carbone en raison de l'énergie obtenue à partir de l'oxydation de composés inorganiques (ammoniac, hydrogène, composés soufrés, fer ferreux) est appelé chimiosynthèse.

Selon les composés minéraux, à la suite de l'oxydation desquels les micro-organismes, et ce sont principalement des bactéries, sont capables d'obtenir de l'énergie, les chimioautotrophes sont divisés en bactéries nitrifiantes, à hydrogène, à soufre et à fer.

Les bactéries nitrophytes oxydent l'ammoniac en acide nitrique. Ce processus se déroule en deux phases. Tout d'abord, l'ammoniac est oxydé en acide nitrique :

2NH + 3O = 2HNO + 2HO + 660 kJ.

L'acide nitreux est ensuite converti en acide nitrique :

2HNO + O = 2HNO + 158 kJ.

Au total, 818 kJ sont libérés, qui sont utilisés pour utiliser le dioxyde de carbone.

Chez les bactéries du fer, l'oxydation du fer ferreux se produit selon l'équation

La réaction s'accompagnant d'un faible rendement énergétique (46,2*10 J/g de fer oxydé), les bactéries doivent oxyder une grande quantité de fer pour maintenir leur croissance.

Lors de l'oxydation d'une molécule de sulfure d'hydrogène, 17,2 * 10 J sont libérés, une molécule de soufre - 49,8 * 10 J et une molécule - 88,6 * 10 J.

Le processus de chimiosynthèse a été découvert en 1887 par S.N. Vinogradsky. Cette découverte a non seulement mis en lumière les particularités du métabolisme chez les bactéries, mais a également permis de déterminer l'importance des bactéries - chimioautotrophes. C'est notamment le cas des bactéries fixatrices d'azote, qui transforment l'azote inaccessible aux plantes en ammoniac, augmentant ainsi la fertilité du sol. Le processus de participation des bactéries au cycle des substances dans la nature est également devenu clair.

reproduction des organismes.

Formes de reproduction des organismes.

La capacité de se reproduire, c'est-à-dire produire une nouvelle génération de la même espèce, l'une des principales caractéristiques des organismes vivants.

Il existe deux principaux types de reproduction - asexuée et sexuée.

Reproduction asexuée.

Dans la reproduction asexuée, la progéniture provient d'un seul organisme. La progéniture identique du même parent est appelée un clone. Les membres d'un même clone ne peuvent être génétiquement différents que si des mutations aléatoires se produisent. La reproduction asexuée ne se produit pas seulement chez les animaux supérieurs. Cependant, on sait que le clonage a été réalisé avec succès pour certaines espèces et animaux supérieurs - grenouilles, moutons, vaches.

Dans la littérature scientifique, plusieurs formes de reproduction asexuée sont distinguées.

Division. Les organismes unicellulaires se reproduisent par division : chaque individu se divise en deux ou plusieurs cellules filles, identiques à la cellule mère. C'est ainsi que les bactéries, amibes, euglènes, chlamydomonas, etc.

Constitution du litige. Une spore est une structure reproductrice unicellulaire. La formation de spores est caractéristique de toutes les plantes et champignons.

Bourgeonnant. Le bourgeonnement est une forme de reproduction asexuée dans laquelle un nouvel individu est formé comme une excroissance sur le corps de l'individu parent, puis se sépare du non et se transforme en un organisme indépendant. Le bourgeonnement se produit chez les coelentérés et chez les levures.

Reproduction par fragments. La fragmentation est la division d'un individu en plusieurs parties, qui grandit et forme un nouvel individu. C'est ainsi que les spirogyres, les lichens et certains types de vers se reproduisent.

reproduction végétative. Il s'agit d'une forme de reproduction asexuée dans laquelle une partie relativement grande, généralement différenciée, est séparée de la plante et se développe en une plante indépendante. Il s'agit de la multiplication par bulbes, tubercules, rhizomes, etc. La multiplication végétative est décrite en détail dans la section Botanique. (Botanique. Un guide pour les candidats aux universités. Compilé par M. A. Galkin).

Reproduction sexuée.

Lors de la reproduction sexuée, la progéniture est obtenue à la suite de la reproduction sexuée - la fusion du matériel génétique des noyaux haploïdes. Les noyaux sont situés dans des cellules sexuelles spécialisées - les gamètes. Les gamètes sont haploïdes - ils contiennent un ensemble de chromosomes obtenus à la suite de la méiose ; ils servent de lien entre cette génération et la suivante. Les gamètes peuvent avoir la même taille et la même forme, avec ou sans flagelles, mais le plus souvent, les gamètes mâles diffèrent des femelles. Gamètes femelles - les œufs sont généralement plus gros que les mâles, ont une forme arrondie et n'ont généralement pas d'organes locomoteurs. Dans les œufs, les éléments du protoplaste sont également clairement distingués, ainsi que le noyau. La substance principale du cytoplasme accumule une grande quantité de nutriments. Les gamètes mâles ont une structure très simplifiée. Ils sont mobiles, c'est-à-dire avoir des flagelles. Ce sont des spermatozoïdes. Il existe aussi des spermatozoïdes sans flagelles.

La reproduction sexuée est d'une grande importance biologique. Au cours de la méiose, lorsque les gamètes se forment, à la suite de la divergence aléatoire des chromosomes et de l'échange de matériel génétique entre chromosomes homologues, de nouvelles combinaisons de gènes qui tombent dans un gamète apparaissent, ce qui augmente la diversité génétique.

Pendant la fécondation, les gamètes fusionnent, formant un zygote diploïde - une cellule contenant un ensemble de chromosomes de chaque gamète. Cette association de deux ensembles de chromosomes est la base génétique de la variabilité intraspécifique.

Parthénogenèse.

L'une des formes de reproduction sexuée est la parthénogenèse - dans laquelle le développement de l'embryon se produit à partir d'un ovule non fécondé. La parthénogenèse est courante chez les insectes (pucerons, abeilles), divers rotifères, les protozoaires, à titre exceptionnel, elle se produit chez certains lézards.

Il existe deux types de parthénogenèse - haploïde et diploïde. Chez les fourmis, à la suite de la parthénogenèse haploïde au sein de la communauté, diverses castes d'organismes apparaissent - soldats, nettoyeurs, etc. Chez les abeilles, les drones apparaissent à partir d'un œuf non fécondé, dans lequel les spermatozoïdes sont formés par mitose. Les pucerons subissent une parthénogenèse diploïde. Chez eux, pendant la période de formation des cellules en anaphase, les chromosomes homologues ne divergent pas - et l'œuf lui-même s'avère être diploïde avec trois corps polaires "stériles". Chez les plantes, la parthénogenèse est un phénomène assez typique. Ici, on parle d'apomixie. À la suite de la "stimulation" dans l'œuf, un doublement chromosomique se produit. Un embryon normal se développe à partir d'une cellule diploïde.

Systématique des plantes.

La systématique étudie la diversité des plantes. L'objet d'étude de la systématique sont les catégories systématiques. Les principales catégories systématiques sont : espèce, genre, famille, classe, département, royaume.

Une espèce est un ensemble de populations d'individus capables de se croiser dans des conditions naturelles et de former une progéniture fertile. Un genre est un ensemble d'espèces étroitement apparentées. Une famille est un ensemble de genres étroitement apparentés. La classe réunit des familles étroitement apparentées, le département - des classes étroitement apparentées. Dans ce cas, les plantes agissent comme un royaume.

Les noms scientifiques de toutes les catégories systématiques sont donnés en latin. Les noms des catégories systématiques au-dessus des espèces consistent en un seul mot. Depuis 1753, grâce à C. Linnaeus, des noms binaires ont été adoptés pour les espèces. Le premier mot désigne l'espèce, le second est l'épithète d'espèce. Les noms de catégories systématiques en russe sont rarement traduits du latin, il s'agit le plus souvent de noms originaux nés parmi le peuple.

La formation des cellules germinales chez l'homme. La structure des cellules germinales humaines. Fertilisation chez l'homme. La signification biologique de la fécondation.

Les spermatozoïdes - les cellules germinales mâles sont formées à la suite d'une série de divisions cellulaires successives - la spermatogenèse, suivie d'un processus complexe de différenciation appelé spermiogenèse.

Premièrement, la division cellulaire de l'épithélium embryonnaire, qui se situe dans les tubules séminifères, donne naissance aux spermatogonies, qui augmentent de taille et deviennent des spermatocytes de premier ordre. À la suite de la première division de la méiose, ils forment des spermatocytes diploïdes du second ordre ; après la deuxième division de la méiose, ils donnent naissance à des spermatozoïdes. Un spermatozoïde adulte se compose d'une tête, d'une section intermédiaire et d'un flagelle (queue). La tête est constituée d'un acrosome et d'un noyau entourés d'une membrane. Le cou a un centriole. Les mitochondries sont situées dans la section intermédiaire.

La formation d'un œuf chez l'homme - l'oogenèse se déroule en plusieurs étapes. Au premier stade, à la suite de la division métotique, des ovogonies se forment à partir des cellules de l'épithélium rudimentaire. Les oogones se divisent selon le type de mitose et donnent naissance aux ovocytes de premier ordre. Les ovocytes et les corps polaires sont formés à partir d'ovocytes de premier ordre à la suite de la division mitotique.

La fécondation chez l'homme est interne. À la suite de la pénétration du sperme dans l'ovule, les noyaux des cellules germinales fusionnent. Un zygote se forme.

À la suite de la fécondation, l'ensemble diploïde de chromosomes est restauré, un nouvel organisme se forme, portant les signes de la mère et du père. Lors de la formation des cellules germinales, une recombinaison génétique se produit, de sorte que le nouvel organisme combine les meilleures caractéristiques des parents.

Développement individuel de l'organisme - ontogénie.

L'ontogenèse est la période de développement de l'organisme depuis la première division du zygote jusqu'à la mort naturelle.

Le développement de l'embryon (sur l'exemple des animaux).

Quel que soit le lieu de développement de l'embryon, le début de son développement est associé à la première division mitotique. Suite à la division nucléaire, la cytokinèse conduit à la formation de deux cellules filles diploïdes, appelées blastomères. Les blastomères continuent à se diviser selon le type de mitose, la division longitudinale alternant avec la division transversale. La division du blastomère est appelée écrasement, car au cours de ce processus, aucune croissance cellulaire ne se produit et le bloc de cellules résultant - la morula est égal en volume à deux blastomères primaires. Le développement ultérieur de l'embryon est associé à la formation de la blastula. Dans ce cas, les blastomères forment une paroi monocouche autour de la cavité centrale remplie de liquide. Les cellules de la paroi de la blastula dans l'une des zones commencent à se diviser et à former une masse cellulaire interne. Par la suite, la couche interne de la paroi est formée à partir de cette masse cellulaire, ainsi l'ectoderme est séparé - la couche externe et l'endoderme - la couche interne de cellules. Ce stade de développement à deux couches s'appelle la gastrula. À un stade ultérieur du développement de l'embryon, le mésoderme est formé - la troisième couche germinale. L'ectoderme, l'endoderme et le mésoderme donnent naissance à tous les tissus de l'embryon en développement. Les cellules de l'ectoderme donnent naissance à la première lame, à la première crête et à l'ectoblaste. Le long du bord de la première plaque, des plis dirigés vers le haut apparaissent et dans la partie centrale du sillon neural, qui s'approfondit et se transforme en un tube neural - le rudiment du centre système nerveux. De la partie antérieure du tube neural, le cerveau et les rudiments des yeux se forment. Dans la partie antérieure de l'embryon, les rudiments des organes de l'ouïe et de l'odorat sont formés à partir de l'ectoblaste. L'épiblaste donne naissance à l'épiderme, aux cheveux, aux plumes et aux écailles. La crête neurale se transforme en rudiments de la substance nerveuse de la colonne vertébrale, les mâchoires. De l'ectoderme, de l'intestin primaire, de l'épithélium interne, des rudiments de glandes, etc. Le mésoderme donne naissance à la notochorde, aux somites, au mézéchyme et aux néphrotomes. À partir des somites, les rudiments du derme, les muscles des parois du corps, les vertèbres et les muscles squelettiques se développent. Du mésenchyme, les rudiments du cœur, les muscles lisses, les vaisseaux sanguins et le sang lui-même. Les néphrotomes donnent naissance à l'utérus, au cortex surrénalien, aux uretères, etc.

Au cours du développement des couches germinales dérivées, l'apparence de l'embryon change. Il acquiert une certaine forme, atteint une certaine taille. Le développement de l'embryon se termine par l'éclosion de l'œuf ou la naissance d'un petit.

Développement post-embryonnaire.

À partir du moment où l'embryon éclot de l'œuf ou de la naissance du petit, le développement post-embryonnaire commence. Il peut être direct, lorsque l'organisme né est de structure similaire à un adulte, et indirect, lorsque le développement embryonnaire conduit au développement d'une larve, qui présente des différences morphologiques, anatomiques et physiologiques par rapport à un adulte. Le développement direct est caractéristique de la plupart des vertébrés, dont les reptiles, les oiseaux et les mammifères. Le développement post-embryonnaire de ces organismes est associé à une croissance simple, qui conduit déjà à des changements qualitatifs - le développement.

Les animaux à développement indirect comprennent les coelentérés, les douves, les ténias, les crustacés, les insectes, les mollusques, les échinodermes, les tuniciers, les amphibiens.

Le développement indirect est aussi appelé développement avec métamorphose. Le terme "métamorphose" fait référence aux changements rapides qui se produisent du stade larvaire à la forme adulte. Les larves servent généralement d'étape de dispersion, c'est-à-dire qu'elles assurent la propagation de l'espèce.

Les larves diffèrent de l'adulte par leur habitat, leur biologie alimentaire, leur mode de locomotion et leurs caractéristiques comportementales; de ce fait, l'espèce peut utiliser les opportunités présentées par deux types écologiques au cours de l'ontogenèse, ce qui augmente ses chances de survie. De nombreuses espèces, comme les libellules, ne se nourrissent et ne grandissent qu'au stade larvaire. Les larves jouent le rôle d'une sorte de stade de transition, au cours duquel l'espèce peut s'adapter à de nouvelles conditions de vie. De plus, les larves ont parfois une endurance physiologique, grâce à laquelle elles agissent comme une phase de repos dans des conditions défavorables. Par exemple, le coléoptère de mai hiverne dans le sol sous forme de larve. Mais dans la plupart des cas, chez les insectes, cela se produit à un autre stade de la métamorphose - au stade nymphal.

Enfin, les stades larvaires présentent parfois l'avantage qu'une augmentation du nombre de larves est possible à ces stades. Comme cela se produit dans certains vers plats.

Il convient de noter que dans de nombreux cas, les larves atteignent une organisation très élevée, comme les larves d'insectes, dans lesquelles seuls les organes reproducteurs restent sous-développés.

Ainsi, les changements structurels et fonctionnels qui se produisent lors de la métamorphose préparent un organisme à la vie adulte dans un nouvel habitat.

L'horloge biologique. Autorégulation. L'influence de divers facteurs sur le développement de l'organisme. Adaptation du corps aux conditions changeantes, Anabiosis.

À tous les stades de développement - le stade de l'embryon, le stade de développement post-embryonnaire, le corps est influencé par des facteurs environnement externe– température, humidité, lumière, ressources alimentaires, etc.

Le corps est particulièrement sensible à l'influence des facteurs environnementaux au stade de l'embryon et au stade du développement post-embryonnaire. Au stade fœtal, lorsque l'organisme se développe dans le corps de la mère et lui est relié par le système circulatoire, le comportement de la mère est déterminant dans son développement normal. La mère fume, le fœtus « fume » aussi. La mère boit de l'alcool, "boit de l'alcool" et le fœtus. L'embryon est particulièrement sensible à l'influence dans 1 à 3 mois de son développement. Un mode de vie normal dans le développement post-embryonnaire permet à l'organisme d'exister normalement jusqu'à la mort naturelle. Un organisme est génotypiquement adapté pour exister dans une certaine plage de températures, d'humidité, de salinité et d'éclairage. Il a besoin d'une certaine alimentation.

Le morse, la randonnée à travers l'Antarctique, les vols spatiaux, la famine, la gourmandise entraîneront certainement le développement d'un certain nombre de maladies.

Un mode de vie sain est la clé de la longévité.

Tous les systèmes biologiques se caractérisent par une plus ou moins grande capacité d'autorégulation. Autorégulation - l'état de constance dynamique du système naturel vise à limiter au maximum les effets de l'environnement externe et interne, en maintenant la constance relative de la structure et des fonctions du corps.

De plus, l'influence de divers facteurs sur le corps est lissée en raison de la formation d'un système complexe de réactions physiologiques dans les organismes aux changements quotidiens temporaires - saisonniers et, en particulier, à court terme - des facteurs environnementaux, qui sont affiché dans l'horloge biologique. Un exemple est la nette préservation de la floraison des plantes à certains moments de la journée.

L'anabiose est un type particulier d'adaptation du corps aux conditions changeantes - un état temporaire du corps, dans lequel les processus vitaux sont si lents que toutes les manifestations visibles de la vie sont pratiquement absentes. La capacité de tomber dans l'anabiose contribue à la survie des organismes dans des conditions très défavorables. L'anabiose est fréquente chez les champignons, les micro-organismes, les plantes et les animaux. Lorsque des conditions favorables se présentent, les organismes qui sont tombés dans l'anabiose reprennent une vie active. Rappelons les rotifères séchés, les kystes, les spores, etc.

Toutes les adaptations des organismes aux conditions changeantes sont le produit de la sélection naturelle. La sélection naturelle a également déterminé l'amplitude de l'action des facteurs environnementaux, ce qui permet à l'organisme d'exister normalement.

Processus évolutif et ses régularités.

Conditions préalables à l'émergence de la théorie de l'évolution de Ch. Darwin.

L'émergence de la théorie de l'évolution de Ch. Darwin, esquissée par lui dans le livre "L'origine des espèces", a été précédée d'un long développement de la biologie, de ses disciplines fonctionnelles et appliquées. Bien avant Charles Darwin, des tentatives ont été faites pour expliquer l'apparente diversité des organismes. Diverses hypothèses évolutives ont été avancées qui pourraient expliquer les similitudes entre les organismes animaux. Citons ici Aristote qui, au IVe siècle av. e. Il a formulé la théorie du développement continu et progressif des êtres vivants à partir de matière inanimée, a créé une idée de l'échelle de la nature. À la fin du XVIIIe siècle, John Ray a créé le concept d'espèce. Et en 1771-78. K. Linnaeus a déjà proposé un système d'espèces végétales. La biologie doit son développement ultérieur à ce scientifique.

Oeuvres de K. Linnaeus.

À l'apogée de K. Linnaeus, qui tombe au milieu du XVIIIe siècle, la biologie était dominée par un concept métaphysique de la nature, basé sur l'immuabilité et l'opportunité primordiale.

C. Linnaeus avait d'énormes collections de plantes à portée de main et a commencé à les systématiser. Sur la base des enseignements de D. Ray sur l'espèce, il a commencé à regrouper les plantes dans le volume de cette catégorie. Au cours de cette période d'activité, K. Linnaeus crée le langage de la botanique : il définit l'essence d'un trait et regroupe les traits en propriétés, créant des diagnostics de bout en bout - une description des espèces. K. Linnaeus a légalisé la nomenclature binaire des espèces. Chaque espèce a commencé à être appelée par deux mots en latin. Le premier dénote une affiliation générique, le second est une épithète d'espèce. Les descriptions d'espèces étaient également rédigées en latin. Cela a permis de mettre à disposition toutes les descriptions pour les scientifiques de tous les pays, puisque la langue latine était étudiée dans toutes les universités. Une réalisation exceptionnelle de K. Linnaeus a été la création d'un système de plantes et le développement de catégories systématiques. Sur la base de la structure des organes reproducteurs, K. Linnaeus a combiné toutes les plantes connues en classes. Les 12 premières classes se distinguaient par le nombre d'étamines : classe 1 - étamines simples, classe 2 - deux étamines, etc. Les plantes sans fleurs étaient incluses dans la classe 14. Ces plantes qu'il appelait mystogames. K. Linnaeus a divisé les classes en familles, en fonction de la structure de la fleur et d'autres organes. De K. Linnaeus viennent des familles comme Compositae, Umbelliferae, Cruciferae, etc. K. Linnaeus a divisé les familles en genres. K. Linnaeus considérait le genre comme une catégorie réelle créée séparément par le créateur. Il considérait les espèces comme des variantes de genres qui se sont développées à partir de l'ancêtre d'origine. Ainsi, aux niveaux inférieurs, K. Linnaeus a reconnu l'existence d'un processus évolutif, qui reste actuellement inaperçu par certains auteurs de manuels et de publications de vulgarisation scientifique.

L'importance des travaux de K. Linnaeus est énorme : il a légitimé la nomenclature binaire, introduit des descriptions standard des espèces, proposé un système d'unités taxonomiques : espèce, genre, famille, classe, ordre. Et surtout, il a créé des systèmes de plantes et d'animaux, dans leur validité scientifique, dépassant tous les systèmes qui existaient avant lui. Ils sont dits artificiels, en raison du petit nombre de caractéristiques utilisées, mais ce sont les systèmes de K. Linnaeus qui ont permis de parler de la diversité des espèces et de leurs similitudes. La simplicité des systèmes a attiré de nombreux chercheurs vers la biologie, a donné une impulsion à la description de nouvelles espèces et a amené la biologie à un nouveau stade de développement. La biologie a commencé à expliquer le vivant, mais pas seulement à le décrire.

La théorie de l'évolution de J. B. Lamarck.

En 1809, le biologiste français J.B. Lamarck a publié le livre Philosophy of Zoology, qui décrit le mécanisme de l'évolution du monde organique. La théorie de l'évolution de Lamarck reposait sur deux lois, connues sous le nom de loi d'exercice et de non-exercice des organes et loi d'hérédité des caractéristiques acquises. Pour Lamarck, ces lois ressemblent à ceci. Première loi. « Chez tout animal qui n'a pas atteint la limite de son développement, l'usage plus fréquent et plus intact d'un organe quelconque fortifie cet organe, le développe, l'augmente et lui donne de la force, en proportion de la durée de l'usage lui-même, tandis que l'usage constant le non-usage de l'organe l'affaiblit imperceptiblement, l'amène au déclin, diminue progressivement ses capacités, et finit par provoquer sa disparition." Deuxième loi. "Tout ce que la nature a forcé à gagner ou à perdre, elle le préserve en se reproduisant sur d'autres individus." Ainsi, l'essence de la théorie de Lamarck est que sous l'influence de l'environnement, les organismes subissent des changements qui sont hérités. Étant donné que les changements sont de nature individuelle, le processus d'évolution conduit à une variété d'organismes. Un exemple classique du mécanisme d'évolution de Lamarck est l'émergence d'un long cou chez une girafe. De nombreuses générations de ses ancêtres au cou court se sont nourris des feuilles des arbres, pour lesquelles ils devaient atteindre de plus en plus haut. Le léger allongement du cou qui s'est produit à chaque génération a été transmis à la génération suivante jusqu'à ce que cette partie du corps atteigne sa longueur actuelle.

La théorie de Lamarck a joué un rôle important dans le développement des vues de Charles Darwin. En fait, le lien "environnement - variabilité - hérédité" que Darwin a repris de Lamarck. Lamarck a trouvé la cause de la variabilité. La raison est l'environnement. Il a également essayé de combiner la transmission des changements à la progéniture, c'est-à-dire les mécanismes de l'hérédité. Sa théorie de la "continuité du plasma germinatif" a persisté jusqu'à la fin du 19ème siècle.

Avec son énorme signification et sa facilité de perception, la théorie de l'évolution de Lamarck n'a pas reçu une large reconnaissance. Quelle est la raison pour ça. Lamarck a suggéré que l'homme descendait d'une sorte de quadruple bras. Pour cela, il était sous Napoléon, qui a ordonné la destruction de son livre. Lamarck a nié l'existence réelle de l'espèce, ce qui a retourné contre lui les admirateurs de Linné, parmi lesquels la plupart des biologistes du début du XIXe siècle. Et enfin, sa principale erreur méthodologique : « tous les traits acquis sont hérités ». La vérification de cette disposition n'a pas donné une confirmation à 100% et, par conséquent, toute la théorie a été remise en question. Et pourtant, la portée de la théorie de J.B. Lamarck est énorme. C'est lui qui a inventé le terme - "facteurs d'évolution". Et ces facteurs avaient une base matérielle.

Une empreinte incontestable sur la vision du monde de C. Darwin a été faite par les travaux de J. Cuvier sur les restes fossiles et de C. Lyell, qui ont démontré des changements progressifs dans les restes fossiles.

Voyageant autour du monde sur le navire "Bill", Charles Darwin lui-même a pu voir et apprécier la diversité des plantes et des animaux vivant sur différents continents dans des conditions différentes. Et vivant en Angleterre - un pays avec une agriculture bien développée, un pays qui a apporté à l'île tout ce qui était dans le monde, Charles Darwin a pu voir les résultats de l'activité humaine "évolutive".

Et bien sûr, la condition préalable la plus importante à l'émergence de la théorie de l'évolution de Charles Darwin était Charles Darwin lui-même, dont le génie était capable d'embrasser, d'analyser tout le vaste matériel et de créer une théorie qui a jeté les bases du darwinisme - la doctrine de la évolution des organismes vivants.

Les principales dispositions de la théorie de l'évolution de Ch. Darwin.

La théorie de l'évolution par sélection naturelle a été formulée par Charles Darwin en 1839. Les vues évolutionnistes de Ch. Darwin sont présentées dans leur intégralité dans le livre "L'origine des espèces au moyen de la sélection naturelle, ou la préservation des races favorisées dans la lutte pour la vie".

Le titre même du livre suggère que Darwin ne s'est pas fixé pour objectif de prouver l'existence de l'évolution, dont l'existence a également été indiquée par Confucius. Au moment où le livre a été écrit, personne ne doutait de l'existence de l'évolution. Le principal mérite de Charles Darwin est d'avoir expliqué comment l'évolution peut se produire.

Le voyage sur le Beagle a permis à Darwin de collecter de nombreuses données sur la variabilité des organismes, ce qui l'a convaincu que les espèces ne peuvent être considérées comme inchangées. De retour en Angleterre, Charles Darwin a commencé à élever des pigeons et d'autres animaux domestiques, ce qui l'a conduit au concept de sélection artificielle comme méthode d'élevage de races d'animaux domestiques et de variétés de plantes cultivées. En sélectionnant les déviations dont il a besoin, l'homme, apportant ces déviations aux exigences nécessaires, a créé pour lui les races et les variétés nécessaires.

Selon Charles Darwin, les forces motrices de ce processus étaient la variabilité héréditaire et la sélection humaine.

Cependant, C. Darwin devait résoudre le problème de la sélection en conditions naturelles. Le mécanisme d'action de la sélection de Charles Darwin a été inspiré par les idées exposées en 1778 par T. Malthus dans son ouvrage « Treatise on Population ». Malthus a décrit avec éclat la situation à laquelle pourrait conduire la croissance démographique si elle n'était pas freinée par quoi que ce soit. Darwin a transféré le raisonnement de Malthus à d'autres organismes et a attiré l'attention sur ces facteurs : malgré le potentiel de reproduction élevé, la population reste constante. En comparant une énorme quantité d'informations, il est arrivé à la conclusion que dans des conditions de concurrence féroce entre les membres d'une population, tout changement favorable dans des conditions données augmenterait la capacité d'un individu à se reproduire et à laisser derrière lui une progéniture fertile, et des changements défavorables sont évidemment défavorables, et pour ceux qui en ont des organismes, les chances de reproduction réussie sont réduites. Tout cela a servi de base pour déterminer les forces motrices (facteurs d'évolution, qui, selon Darwin, sont la variabilité, l'hérédité, la lutte pour l'existence, la sélection naturelle.

Essentiellement, la signification principale de la théorie évolutionniste de Charles Darwin est que l'évolution se produit sur la base de l'apparition de changements hérités, en les pesant par la lutte pour l'existence et en sélectionnant les changements qui permettent aux organismes de gagner dans une compétition intense. Le résultat de l'évolution selon Charles Darwin est l'émergence de nouvelles espèces, ce qui conduit à une diversité de la flore et de la faune.

Forces motrices (facteurs) d'évolution.

Les moteurs de l'évolution sont : l'hérédité, la variabilité, la lutte pour l'existence, la sélection naturelle.

Hérédité.

L'hérédité est la propriété de tous les organismes vivants de conserver et de transmettre des signes et des propriétés des ancêtres à la progéniture. A l'époque de Charles Darwin, la nature de ce phénomène n'était pas connue. Darwin, ainsi que, supposait la présence de facteurs héréditaires. La critique de ces déclarations par les opposants a forcé Darwin à abandonner ses vues sur la localisation des facteurs, mais l'idée même de la présence de facteurs matériels de l'hérédité imprègne tout son enseignement. L'essence du phénomène est devenue claire après le développement de la théorie des chromosomes par T. Morgan. Lorsque la structure du gène a été déchiffrée et comprise, le mécanisme de l'hérédité est devenu tout à fait clair. Elle est basée sur les facteurs suivants : les caractéristiques de l'organisme (phénotype) sont déterminées par le génotype et l'environnement (taux de réaction) ; les signes d'un organisme sont déterminés par un ensemble de protéines formées à partir de chaînes polypeptidiques synthétisées sur des ribosomes, des informations sur la structure de la chaîne polypeptidique synthétisée sont contenues sur l'i-ARN, l'i-ARN reçoit ces informations pendant la période de synthèse de la matrice sur une section d'ADN qui est un gène ; Les gènes sont transmis des parents aux enfants et constituent la base matérielle de l'hérédité. Dans l'interkinésie, l'ADN est dupliqué, et donc les gènes sont dupliqués. Lors de la formation des cellules germinales, une réduction du nombre de chromosomes se produit et lors de la fécondation, les chromosomes féminins et masculins se combinent dans le zygote. La formation de l'embryon et de l'organisme se produit sous l'influence des gènes des organismes maternels et paternels. L'hérédité des traits se fait selon les lois de l'hérédité de G. Mendel ou selon le principe du caractère intermédiaire de l'hérédité des traits. Les gènes discrets et mutés sont hérités.

Ainsi, l'hérédité elle-même agit, d'une part, comme un facteur qui préserve des caractéristiques déjà établies, d'autre part, assure l'entrée de nouveaux éléments dans la structure de l'organisme.

Variabilité.

La variabilité est une propriété générale des organismes en cours d'ontogenèse pour acquérir de nouvelles caractéristiques. C. Darwin a noté qu'il n'y a pas deux individus identiques dans une portée, il n'y a pas deux plantes identiques issues de graines parentales. Le concept des formes de variabilité a été développé par Ch. Darwin sur la base de l'étude des races d'animaux domestiques. Selon Ch. Darwin, il existe les formes suivantes de variabilité : définie, indéfinie, corrélative, héréditaire, non héréditaire.

Une certaine variabilité est associée à la survenue chez un grand nombre d'individus ou chez tous les individus d'une espèce, variété ou race donnée au cours de l'ontogenèse. La variabilité de masse selon Darwin peut être associée à certaines conditions environnementales. Une alimentation bien choisie entraînera une augmentation de la production de lait pour tous les membres du troupeau. La combinaison de conditions favorables contribue à une augmentation de la taille des grains chez tous les individus de blé. Ainsi, les changements résultant d'une certaine variabilité peuvent être prédits.

La variabilité incertaine est associée à l'apparition de traits chez un ou plusieurs individus. De tels changements ne peuvent pas être expliqués par l'action de facteurs environnementaux.

La variabilité relative est un phénomène très intéressant. L'apparition d'un signe entraîne l'apparition d'autres. Ainsi, une augmentation de la longueur de l'épi des céréales entraîne une diminution de la longueur de la tige. Donc avoir une bonne récolte, on perd de la paille. L'augmentation des membres chez les insectes entraîne une augmentation des muscles. Et il y a beaucoup d'exemples de ce genre.

C. Darwin a noté que certains changements qui se produisent dans l'ontogenèse se manifestent dans la progéniture, d'autres non. Il attribue la première à la variabilité héréditaire, la seconde à la variabilité non héréditaire. Darwin a également noté un fait tel que principalement les changements associés à la variabilité indéfinie et relative sont hérités.

Darwin considérait l'action de l'environnement comme un exemple d'une certaine variabilité. Causes de la variabilité indéterminée Darwin ne le pouvait pas, d'où le nom même de cette forme de variabilité.

À l'heure actuelle, les causes et le mécanisme de la variabilité sont plus ou moins clairs.

La science moderne distingue deux formes de variabilité - mutationnelle ou génotypique et codification ou phénotypique.

La variabilité mutationnelle est associée à une modification du génotype. Il survient à la suite de mutations. Les mutations sont le résultat de l'exposition au génotype des mutagènes. Les mutagènes eux-mêmes sont divisés en physiques, chimiques, etc. Les mutations sont génétiques, chromosomiques, génomiques. Les mutations sont héritées avec le génotype.

La variabilité de la modification est l'interaction du génotype et de l'environnement. La variabilité de la modification se manifeste par la vitesse de réaction, c'est-à-dire que l'impact des facteurs environnementaux peut modifier la manifestation d'un trait dans ses limites extrêmes déterminées par le génotype. De tels changements ne sont pas transmis à la progéniture, mais peuvent apparaître à la génération suivante en répétant les paramètres des facteurs environnementaux.

Habituellement, la variabilité indéterminée darwinienne est associée à la mutation et définie à la modification.

Lutte pour l'existence.

Au cœur de la théorie de la sélection naturelle de Darwin se trouve la lutte pour l'existence, qui découle nécessairement du désir illimité des organismes de se reproduire. Ce désir s'exprime toujours en progressions géométriques.

Darwin fait ici référence à Malthus. Pourtant, bien avant Malthus, les biologistes connaissaient ce phénomène. Oui, et les observations de Darwin lui-même ont confirmé la capacité des êtres vivants à l'intensité potentielle de la reproduction. Même K. Linnaeus a souligné qu'une mouche à viande, par sa progéniture, pouvait avoir un cadavre de cheval quelques jours avant les os.

Même les éléphants à reproduction lente, selon le calcul de Charles Darwin, pourraient maîtriser l'ensemble du territoire, s'il y avait toutes les conditions pour cela. Selon Darwin, d'un couple d'éléphants en 740 ans, environ 19 millions d'individus seraient sortis.

Pourquoi les taux de natalité potentiels et réels diffèrent-ils autant ?

Darwin répond également à cette question. Il écrit que la véritable signification de l'abondance d'œufs ou de graines est de couvrir leur perte importante causée par l'extermination au cours d'une génération de vie, c'est-à-dire que la reproduction rencontre une résistance environnementale. A partir de l'analyse de ce phénomène, Charles Darwin introduit le concept de « lutte pour l'existence ».

« Le concept de lutte pour l'existence » ne peut avoir de sens et se justifier qu'au sens large « métaphorique » de Darwin : « incluant ici la dépendance d'un être vis-à-vis d'un autre, et incluant aussi (et surtout) non seulement la vie d'un individu, mais aussi son succès à partir après la progéniture elle-même." Darwin écrit : « À propos de deux animaux de la rangée de lions, En période de famine, on peut dire à juste titre qu'ils se battent pour la nourriture et la vie. MAIS on dit aussi que la plante aux abords du désert lutte pour la vie contre la sécheresse, même s'il serait plus correct de dire qu'elle dépend de l'humidité. D'une plante qui produit annuellement des milliers de graines, dont en moyenne une seule pousse, on peut même dire plus correctement qu'elle se bat avec des plantes du même genre et d'autres recouvrant déjà le sol... dans toutes ces connaissances... Pour des raisons de commodité, j'ai recours au terme général de lutte pour l'Existence".

Le texte "L'origine des espèces" confirme la variété des formes de la lutte pour l'existence, mais montre en même temps que dans toutes ces formes il y a un élément de compétition ou de concurrence.

La lutte intraspécifique se déroule dans des conditions de concurrence féroce, puisque les individus d'une même espèce exigent les mêmes conditions d'existence. En premier lieu, le rôle de l'organisme lui-même et ses caractéristiques individuelles. L'importance de ses moyens de protection, de son activité, de son désir de reproduction est notée.

La lutte pour l'existence au niveau de l'espèce est clairement active et son intensité augmente avec l'augmentation de la densité de population.

Les organismes se font concurrence dans la lutte pour la nourriture, pour la femelle, pour la zone de chasse, ainsi que dans les moyens de protection contre les effets néfastes du climat, dans la protection de la progéniture.

Détérioration des conditions d'alimentation, forte densité de population, etc., permettent aux plus compétitifs de survivre. Un exemple de lutte intraspécifique est la situation dans un troupeau de cerfs sauvages. Une augmentation du nombre d'individus entraîne une augmentation de la densité de population. Le nombre d'hommes dans la population augmente. Une augmentation de la densité de population entraîne une pénurie de nourriture, l'apparition d'épidémies, la lutte des mâles pour une femelle, etc. Tout cela entraîne la mort d'individus et une diminution de la population. Les plus forts survivent.

Ainsi, la lutte intraspécifique contribue à l'amélioration de l'espèce, à l'émergence d'adaptations au milieu, aux facteurs qui provoquent cette lutte.

Souvent, la lutte interspécifique va dans une direction. Un exemple classique est la relation entre les lièvres et les loups. Deux lièvres fuient un loup. À un moment donné, ils se dispersent et le loup se retrouve sans rien. La lutte interspécifique contribue à la régulation des populations, à l'abattage des organismes malades ou affaiblis.

La lutte contre les facteurs du milieu inorganique oblige les plantes à s'adapter aux nouvelles conditions d'existence, les pousse à augmenter leur fertilité. D'autre part, le confinement d'une espèce ou d'une population à certaines conditions d'habitat est déterminé. Les individus de pâturin poussant dans les prairies et les plaines ont une tige dressée, et les individus poussant dans des conditions montagneuses ont une tige montante. À la suite de la lutte pour l'existence, des individus ont survécu dans lesquels, dans les premiers stades de développement, la tige est pressée contre le sol, c'est-à-dire qu'elle lutte contre les gelées nocturnes; les plantes fortement abaissées sont également les plus viables dans des conditions montagneuses .

La doctrine de la lutte pour l'existence confirme que ce facteur est le moteur de l'évolution. C'est la lutte, peu importe comment vous l'appelez, la compétition, la compétition. Force les organismes à acquérir de nouveaux traits qui leur permettent de gagner.

Le facteur de la lutte pour l'existence est également pris en compte par l'activité pratique de l'homme. Lors de la plantation de plantes de la même espèce, il est nécessaire de respecter une certaine distance entre les individus. Lors de l'empoissonnement des réservoirs avec des espèces de poissons de valeur, les prédateurs et les espèces de faible valeur en sont retirés. Lors de la délivrance de licences pour le bombardement des loups, le nombre d'individus, etc., est pris en compte.

Sélection naturelle.

« La sélection naturelle ne procède pas par la sélection des plus adaptées, mais par l'extermination des formes les plus adaptées aux conditions du milieu de vie », dit Charles Darwin dans L'Origine des espèces. La sélection naturelle est basée sur les hypothèses suivantes : a) les individus de toute espèce, en raison de la variabilité, ne sont biologiquement pas égaux aux conditions environnementales ; certaines d'entre elles correspondent davantage aux conditions environnementales, d'autres dans une moindre mesure ; b) les individus de toute espèce luttent contre des facteurs environnementaux qui leur sont défavorables et se font concurrence. Dans le processus de cette lutte et de cette concurrence, "en règle générale - par l'extermination de l'insatisfaisant" - les formes les plus adaptées survivent. L'expérience du plus apte est liée aux processus de divergence au cours desquels, sous l'influence continue de la sélection naturelle, de nouvelles formes intraspécifiques se forment. Ces derniers sont de plus en plus isolés et servent de source de formation de nouvelles espèces et de leur développement progressif. La sélection naturelle - crée de nouvelles formes de vie, crée une étonnante adaptabilité des formes vivantes, fournit un processus d'augmentation de l'organisation, de la diversité de la vie.

La sélection commence au niveau où la concurrence entre les individus est la plus élevée. Tournons-nous vers l'exemple classique, sur lequel Charles Darwin lui-même a écrit. Dans la forêt de bouleaux, les papillons de couleur claire prédominent. Cela suggère que les papillons aux couleurs claires ont remplacé les papillons aux couleurs sombres et panachées. Ce processus était sous l'influence de la sélection naturelle pour la meilleure couleur protectrice. Lorsque le bouleau est remplacé par des roches à l'écorce foncée dans une zone donnée, les papillons de couleur claire commencent à disparaître - ils sont mangés par les oiseaux. La partie de la population de couleur foncée restant en nombre insignifiant commence à se multiplier rapidement. Il existe une sélection d'individus qui ont une chance de survivre et de donner une progéniture fertile. Dans ce cas, on parle de compétition intergroupe, c'est-à-dire que la sélection s'opère entre des formes déjà existantes.

Les individus sont également soumis à la sélection naturelle. Toute légère déviation qui donne un avantage à l'individu dans la lutte pour l'existence peut être captée par la sélection naturelle. C'est le rôle créateur de la sélection. Il agit toujours sur le fond d'un matériel mobile, qui change constamment dans les processus de mutation et de combinaison.

La sélection naturelle est le principal moteur de l'évolution.

Types (formes) de sélection naturelle.

Il existe deux sélections principales : stabilisatrice et dirigée.

La sélection stabilisatrice se produit dans les cas où les traits phénotypiques sont au maximum compatibles avec les conditions environnementales et la concurrence est plutôt faible. Une telle sélection opère dans toute la population, détruisant les individus avec des déviations extrêmes. Par exemple, il existe une longueur d'aile optimale pour une libellule d'une certaine taille avec un certain style de vie dans un environnement donné. La sélection stabilisatrice agit par l'élevage différentiel, détruira les libellules qui ont une envergure supérieure ou inférieure à l'optimum. La sélection stabilisatrice ne favorise pas le changement évolutif, mais maintient la stabilité phénotypique d'une population de génération en génération.

Sélection dirigée (en mouvement). Cette forme de sélection se produit en réponse à un changement progressif des conditions environnementales. La sélection directionnelle affecte la gamme de phénotypes qui existent dans une population donnée et exerce une pression sélective qui déplace le phénotype moyen dans une direction ou une autre. Une fois que le nouveau phénotype est entré en correspondance optimale avec les nouvelles conditions environnementales, la sélection stabilisatrice entre en jeu.

La sélection dirigée conduit à un changement évolutif. Voici un exemple.

La découverte des antibiotiques dans les années 1940 a créé une forte pression de sélection en faveur de souches bactériennes génétiquement résistantes aux antibiotiques. Les bactéries se multiplient très fortement, à la suite d'une mutation aléatoire, une cellule résistante peut apparaître, dont les descendants prospéreront faute de concurrence d'autres bactéries qui sont détruites par cet antibiotique.

selection artificielle.

La sélection artificielle est une méthode d'élevage de nouvelles races d'animaux domestiques ou de variétés végétales.

L'homme depuis les premiers temps de sa civilisation utilise la sélection artificielle dans l'élevage des plantes et des animaux. Darwin a utilisé les données de la sélection artificielle pour expliquer le mécanisme de la sélection naturelle. Les principaux facteurs de la sélection artificielle sont l'hérédité, la variabilité, l'action d'une personne cherchant à amener les déviations héréditaires jusqu'à l'absurde, et la sélection. La variabilité, en tant que propriété de tous les organismes à changer, fournit un matériau de sélection - une série différente de déviations. Une personne, ayant remarqué les écarts dont elle a besoin, procède à la sélection. La sélection artificielle repose sur l'isolement de populations naturelles ou d'individus présentant les déviations nécessaires et le croisement sélectif d'organismes présentant des caractéristiques souhaitables pour l'homme.

La sélection des races bovines Cherneford et Aberdeen-Angus a été effectuée pour la quantité et la qualité de la viande, les races Chernzey et Jersey - pour la production de lait. Les moutons des races Champshire et Suffalan mûrissent rapidement et produisent de la bonne viande, mais ils sont moins robustes et moins actifs dans la recherche de nourriture que, par exemple, les moutons écossais à face noire. Ces exemples montrent qu'il est impossible de combiner tous les traits nécessaires pour un effet économique maximum dans une race.

Avec la sélection artificielle, une personne crée une action sélective dirigée qui entraîne une modification des fréquences des allèles et des génotypes dans une population. Il s'agit d'un mécanisme évolutif conduisant à l'émergence de nouvelles races, lignées, variétés, races et sous-espèces. Les pools de gènes de tous ces groupes sont isolés, mais ils conservent la structure génétique et chromosomique de base caractéristique de l'espèce à laquelle ils appartiennent encore. Il n'est pas au pouvoir de l'homme de créer une nouvelle espèce ou de restaurer une espèce disparue !

Darwin a fait la distinction entre la sélection méthodique ou systématique et la sélection inconsciente au sein de la sélection artificielle. Avec une sélection méthodique, l'éleveur s'est fixé un objectif bien précis, produire de nouvelles races qui surpassent tout ce qui a été créé dans ce sens. La sélection inconsciente vise à préserver les qualités déjà existantes.

Dans l'élevage moderne, il existe deux formes de sélection artificielle : la consanguinité et la consanguinité. La consanguinité est basée sur le croisement sélectif d'individus étroitement apparentés afin de préserver et de diffuser des traits particulièrement désirables. L'exogamie est le croisement d'individus issus de populations génétiquement différentes. La progéniture de ces croisements est généralement supérieure à leurs parents.

L'émergence des appareils. La nature relative de la condition physique.

Le résultat de la sélection naturelle est l'émergence de signes qui permettent aux organismes de s'adapter aux conditions d'existence. C'est de là qu'est venue l'idée du caractère adaptatif de l'évolution. Sur la base de l'étude de l'émergence des adaptations (adaptations), toute une direction de la biologie est apparue - la doctrine des adaptations. Les signes adaptatifs ou les adaptations sont divisés en physiologiques et morphologiques.

Adaptations physiologiques. L'abondance et la grande importance pour la vitalité de l'organisme de petites mutations physiologiques contribuent au fait que la différenciation commence dans les populations. Cela est compréhensible si les mutations, de par leur nature, sont des changements biologiques qui conduisent principalement à des changements dans les processus du métabolisme intracellulaire, et seulement à travers cela à des transformations morphologiques. Des exemples sont des caractéristiques d'un organisme telles que la résistance aux températures connues, la capacité d'accumuler des nutriments, l'activité générale, etc. Ils donnent facilement un changement dans les deux sens et peuvent être favorables dans les deux cas. L'étude de la germination des graines de trèfle rouge à différentes températures a montré que le pourcentage de germination le plus élevé est donné à + 12C, mais certaines graines ne germent que dans la plage de + 4-10C. Cela contribue à la survie de l'espèce aux basses températures printanières.

La pigmentation animale dans son développement et sa variabilité se rapproche des caractéristiques physiologiques. Une intensité de couleur supérieure ou inférieure peut avoir des valeurs de protection dans des conditions générales de fond et d'éclairage appropriées. Ce sont déjà des adaptations morphologiques.

Les études bien connues de Harrison ont montré le mécanisme de l'occurrence même des différences de coloration de deux populations de papillons qui résultaient d'une population continue lorsqu'une forêt était divisée par une large clairière. Dans cette partie de la forêt où le pin a été remplacé par le bouleau, la sélection naturelle (consommation prédominante de spécimens plus foncés par les oiseaux) a conduit à un éclaircissement significatif de la population de papillons.

Même C. Darwin a attiré l'attention sur le fait que les insectes des îles volent bien ou ont des ailes réduites. Un phénomène tel que la réduction d'organes qui ont perdu leur signification n'est pas difficile à expliquer, car la plupart des mutations sont précisément associées au phénomène de sous-développement.

Une analyse des adaptations a montré qu'elles ne permettent aux organismes de survivre que sous certaines conditions. Cela peut être compris même en analysant les exemples que nous avons donnés. Lorsque les bouleaux sont abattus, les papillons légers deviennent des proies faciles pour les oiseaux. Les mêmes oiseaux apparus sous les îles détruisent les insectes aux ailes réduites. Ces faits montrent déjà que l'aptitude n'est pas absolue, mais relative.

Preuve de l'évolution du monde organique.

Le darwinisme est depuis longtemps une doctrine généralement acceptée. C'est à partir des idées darwiniennes les plus basses que toutes les transformations historiques du monde organique sur Terre peuvent être expliquées.

À la fin du 19e siècle, alors que le nombre de partisans des enseignements évolutionnistes de Charles Darwin était inférieur à celui des opposants, les partisans de Charles Darwin ont commencé à recueillir des preuves de l'existence de l'évolution du monde organique.

Des travaux dans ce sens ont été menés dans les domaines de la paléontologie, de la morphologie comparée, de l'anatomie comparée, de l'embryologie, de la biogéographie, de la biochimie, etc.

Découvertes paléontologiques comme preuves de l'évolution.

Au cours de l'existence de la biologie scientifique, de nombreuses découvertes paléontologiques de plantes et d'animaux disparus se sont accumulées. Ces découvertes sont devenues particulièrement précieuses lorsque les scientifiques ont appris à déterminer l'âge des gisements dans lesquels elles ont été trouvées. Il était possible non seulement de restituer l'apparence d'organismes fossiles, mais aussi d'indiquer l'époque à laquelle ils vivaient sur notre planète. Ainsi, les restes de fougères à graines ont été trouvés, qui étaient une forme intermédiaire entre les fougères et les plantes à graines. Un stégocéphale a été découvert - une forme intermédiaire entre les poissons et les amphibiens. Des dépôts permiens, on connaît le lézard à dents d'animaux, qui est une forme intermédiaire entre les reptiles et les mammifères. Il existe de nombreux autres exemples de ce type.

Preuve comparative morphologique et embryologique de l'évolution.

Les preuves morphologiques comparatives reposent sur des concepts : analogie et homologie d'organes, sur le concept de rudiments et d'atavismes. L'homologie, les rudiments et les atavismes sont particulièrement utiles pour prouver l'évolution.

Des exemples d'organes homologues comprennent les membres antérieurs des vertébrés ; pattes de grenouilles, lézards, ailes d'oiseaux, nageoires de mammifères aquatiques, pattes de taupe, mains humaines. Tous ont un plan structurel unique et constituent un genre évolutif-morphologique. Une telle preuve claire de l'évolution comprend la présence dans la race humaine de "personnes à queue" et de personnes dont la racine des cheveux couvre toute la surface du corps.

L'une des principales preuves de l'évolution est considérée comme l'information sur le développement embryonnaire des organismes, qui a contribué à l'émergence d'une nouvelle direction en biologie - la biologie évolutive. En faveur de l'évolution est déjà le fait que tous les animaux multicellulaires dans leur développement embryonnaire ont des couches germinales, à partir desquelles divers organes sont formés de différentes manières. L'embryon dans son développement, pour ainsi dire, "se souvient" des étapes par lesquelles ses ancêtres sont passés.

Preuve de l'évolution de l'écologie et de la géographie.

Preuve biochimique de l'évolution.

Une preuve frappante de l'évolution est la présence d'un seul matériel héréditaire - l'ADN et la capacité de différents groupes d'organismes à "activer" différentes parties du génome au cours de la vie !

Les principales directions du processus évolutif.

Le processus d'évolution se poursuit continuellement sous le signe de l'adaptation des organismes à l'environnement.

Les principales directions du processus évolutif doivent être considérées comme le progrès biologique, la stabilisation biologique, la régression biologique.

Des définitions claires de ces phénomènes ont été données par A. N. Severtsov.

Le progrès biologique signifie une augmentation de l'adaptabilité d'un organisme à son environnement, conduisant à une augmentation du nombre et à une plus large distribution d'une espèce donnée dans l'espace. Un exemple de progrès biologique est l'évolution du système respiratoire de la respiration branchiale à la respiration pulmonaire. C'est ce processus qui a conduit à la conquête de l'espace terrestre et aérien par les animaux.

Selon A.N. Severtsov, la stabilisation biologique signifie maintenir la forme physique du corps à un certain niveau. Le corps change en fonction des changements de l'environnement. Ses effectifs n'augmentent pas, mais ils ne diminuent pas non plus.

Chez les plantes, avec une diminution de la température annuelle moyenne, le nombre de poils couvrant l'épiderme augmente. Ce phénomène permet à tous les individus de survivre, mais il n'y a aucun avantage entre les autres espèces, car ils montrent la même réaction.

Le progrès biologique est de la plus grande importance dans l'évolution, par conséquent, en biologie, une grande attention est accordée à l'étude du progrès biologique.

Les aromorphoses et l'idéoadaptation sont considérées comme les principales directions du progrès biologique ; parmi d'autres directions du progrès biologique, on peut également citer la dégénérescence générale.

Les aromorphoses sont des changements adaptatifs dans lesquels il y a une expansion des conditions de vie associée à une complication de l'organisation et une augmentation de l'activité vitale. Un exemple classique d'aromorphose devrait être considéré comme l'amélioration des poumons chez les oiseaux et les mammifères, la séparation complète du sang artériel et veineux dans le cœur des oiseaux et des mammifères, la séparation des fonctions dans les plastes des plantes supérieures.

Les adaptations idéologiques sont des directions d'évolution dans lesquelles certaines adaptations sont remplacées par d'autres qui leur sont biologiquement équivalentes. Les adaptations idéologiques, contrairement aux aromorphoses, sont de nature privée. Un exemple d'adaptations idéologiques est l'évolution de l'appareil buccal des insectes, qui s'est formé pour s'adapter à l'environnement et à la co-évolution.

Dégénérescence générale - changements adaptatifs chez la progéniture adulte, dans lesquels l'énergie totale de l'activité vitale diminue. Elle renvoie aux directions du progrès biologique car la réduction de certains organes qui se produit lors de la dégénérescence s'accompagne d'un développement compensatoire d'autres organes. Ainsi, chez les animaux des cavernes et des souterrains, la réduction des organes de la vision s'accompagne du développement compensatoire d'autres organes sensoriels.

Origines humaines.

En anthropologie, il existe plusieurs points de vue sur le moment où la branche humaine s'est isolée. Selon une hypothèse, il y a environ 10 millions d'années, les hommes-singes étaient divisés en trois espèces. Une espèce - les pragorillas - est allée dans les forêts de montagne, où elle se contentait de nourriture végétarienne. Une autre espèce - le prochimpanzé - a choisi un mode de vie de groupe. La principale nourriture pour lui était les singes de petites espèces. La troisième espèce - la pré-humaine - préférait chasser dans la riche vie de la savane. C'est la branche qui a conduit à l'homme moderne.

Selon l'hypothèse moderne avancée par Tim Vyton, anthropologue à l'Université de Californie à Berkeley, il y a seulement cinq millions d'années, les branches du proto-humain et du singe se sont séparées. Timan White pense que l'Australopithecus ramidus, apparu à cette époque, selon les circonstances, se déplaçait soit sur quatre, soit sur deux membres. Et probablement des centaines de milliers d'années se sont écoulées avant que le mouvement mixte ne soit remplacé par la bipédie.

Il y a environ trois millions d'années, la branche de l'homme a donné deux lignes de développement. L'un d'eux a donné naissance à toute une galaxie d'espèces d'australopithèques debout, l'autre a conduit à l'émergence d'un nouveau genre, appelé Homo.

Biologie générale.

Allocation d'entrée à l'université.

Compilé par : Galkin M.A.

Le manuel présente des éléments sur le cours de biologie générale, allant de la théorie de l'origine de la vie sur terre à la doctrine de la biosphère.

Le manuel est conçu pour les candidats, les lycéens, les étudiants des cours préparatoires et des départements.

Préface.

Le manuel est compilé conformément au programme pour les candidats aux universités de la Fédération de Russie, où la biologie est une matière générale.

Le but de ce manuel est d'aider le candidat à se préparer aux examens d'entrée. En cela, il diffère du manuel scolaire "Biologie générale", qui est de nature cognitive.

Lors de la rédaction du manuel, tout d'abord, les exigences des examens d'entrée ont été prises en compte. Cela s'applique à la fois au contenu et au volume du matériel indiqué dans le manuel.

L'allocation est destinée aux candidats qui ont terminé leurs études secondaires ou qui étudient la biologie générale dans les départements préparatoires.

Le manuel ne comprend pas certaines sections traditionnellement considérées dans le cours "Biologie générale". Il s'agit de la "structure cellulaire", de la "division cellulaire", de la "photosynthèse".

Le matériel sur ces sections est détaillé dans le manuel pour les candidats aux universités compilé par Galkin M.A.

Tous les commentaires et suggestions concernant la forme et le contenu du manuel seront acceptés avec gratitude.

Compilateur manuel.

MINISTERE DE L'EDUCATION ET DES SCIENCES

FÉDÉRATION RUSSE

BUDGET DE L'ÉTAT FÉDÉRAL ÉTABLISSEMENT D'ENSEIGNEMENT

ENSEIGNEMENT PROFESSIONNEL SUPERIEUR

"UNIVERSITÉ D'ÉTAT DE VYATKA"

Département de biologie

Département de microbiologie

I.V. DARMOV

Biologie générale

Cours magistral

Didacticiel

Approuvé par le comité de rédaction et de publication du Conseil méthodologique du FGBOU VPO "Vyatka State University" comme manuel pour les étudiants de la direction 020400.62 "Biologie" de tous les profils de formation

Réviseurs :

Professeur agrégé du Département de biotechnologie FGBOU VPO "Vyatka State University",

Candidat en sciences biologiques O. N. Shupletsova;

Chercheur en chef, Centre de recherche 33 Institut central de recherche du Ministère de la défense de la Fédération de Russie, Kirov, docteur en sciences biologiques, professeur V.B. Kalininski

Darmov, I.V.

CDU 573(07)

Le manuel est destiné aux étudiants de la direction 020400.62 "Biologie" de tous les profils de formation étudiant la discipline "Biologie générale".

Ceux. éditeur E.V. Kaygorodtseva

© ViatSU, 2014

1. La biologie en tant que science. Propriétés des systèmes vivants……………………………...4

2. Fondamentaux de la cytologie. Procaryotes…………………………………………..17

3. Fondamentaux de la cytologie. Eucaryotes. Composants membranaires …………….21

4. Fondamentaux de la cytologie. Eucaryotes. Composants non membranaires…..……..29

5. Reproduction asexuée. Mitose……………………………………………..34

6. Reproduction sexuée. Méiose………………………...………………………………43

7. Les principaux modes d'hérédité………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………

8. Schémas de base de la variabilité…………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………

9. Diversité biologique………………………………………………….79

Liste des sources utilisées……………………………….…….105

Conférence #1

Sujet de conférence : La biologie comme science . Propriétés des systèmes vivants.

Plan de cours :

1. La biologie en tant que science

2. Méthodes de biologie

3. Concepts de base de la biologie

4. Niveaux d'organisation du vivant

5. Propriétés fondamentales des systèmes vivants

6. Définition moderne d'un organisme vivant et de la vie

1. La biologie en tant que science

La biologie (gr. biographie- une vie, logos- mot, doctrine) - un ensemble de sciences sur la vie, sur la faune. Sujet de biologie - la structure des organismes vivants, leurs fonctions, origine, développement, relation avec l'environnement. Avec la physique, la chimie, l'astronomie, la géologie, etc. fait référence à sciences naturelles.

La biologie est l'une des sciences les plus anciennes, bien que ce terme n'apparaisse qu'en 1797 (son auteur est le professeur allemand d'anatomie T. Ruz (1771-1803). Aristote (384-322 av. J.-C.) est souvent appelé le "père de la biologie", qui appartient à la première classification des animaux.

Quels sont particularités la biologie comme science ?

1.1 La biologie de près associé à la philosophie. Cela est dû au fait que sur les 3 problèmes fondamentaux des sciences naturelles, 2 font l'objet de recherches biologiques.

1. Le problème de l'origine de l'Univers, de l'espace, de la nature en général (la physique, l'astronomie s'en occupe).

2. Le problème de l'origine de la vie, c'est-à-dire vivant du non-vivant.

3. Le problème de l'origine de la Raison et de l'homme comme porteur.

La solution de ces questions est étroitement liée à la solution question fondamentale de la philosophie Qu'est-ce qui vient en premier - la matière ou la conscience ? Par conséquent, une place importante en biologie est occupée par les aspects philosophiques.

1.2. Relation de la biologie avec les questions sociales et éthiques.

Le darwinisme social, par exemple, transfère le concept de "sélection naturelle" à la société humaine, les différences entre les classes s'expliquent par des facteurs biologiques.

Autres exemples : le racisme, les greffes d'organes, le problème du vieillissement.

1.3. Profond spécialisation la biologie.

En raison de la différenciation de la biologie par objet d'étude les sciences biologiques privées apparaissent : botanique, zoologie, microbiologie (bactériologie, virologie, mycologie, etc.).

Une autre division des sciences biologiques - par niveaux d'organisation et propriétés de la matière vivante Mots clés : génétique (hérédité), cytologie (niveau cellulaire), anatomie et physiologie (structure et fonctionnement des organismes), écologie (relations des organismes avec l'environnement), etc.

Par conséquent l'intégration avec d'autres sciences sont apparues : biochimie, biophysique, radiobiologie, biologie spatiale, etc.

Ceux. la biologie est un complexe de sciences, et biologie générale engagé dans l'étude des modèles les plus généraux de structure, de vie, de développement, d'origine des organismes vivants. La principale question à laquelle la biologie générale tente de répondre est qu'est-ce que la vie ?

1.4. A l'heure actuelle, la biologie, tout en restant base théorique la connaissance du vivant devient directement force productive , donne naissance à de nouvelles technologies : biotechnologie, ingénierie génétique et cellulaire, etc.

La biologie– la science de la nature vivante qui étudie la vie en tant que forme particulière de la matière, les lois de son existence et de son développement. La biologie, c'est d'abord un ensemble de connaissances sur le vivant et un ensemble de disciplines scientifiques (plus de 300) qui étudient le vivant : composition chimique, structure fine et grossière, distribution, fonctionnement, son passé, présent et futur, ainsi que comme signification pratique et application. Le terme « biologie » au sens moderne a été introduit simultanément en 1802 par J.-B. Lamarck et le naturaliste allemand G. R. Treviranus.

Chose études de biologie - toutes les manifestations de la vie :

Structure et fonctions, développement et distribution des organismes vivants (procaryotes, protistes, plantes, champignons, animaux et humains) ;

Structure, fonctions et développement des communautés naturelles, leurs relations entre elles et avec l'environnement ;

Développement historique et évolution des organismes vivants.

Tâches que la biologie décide :

Identification et explication des propriétés générales et de la diversité des organismes vivants ;

Connaissance des modèles de structure et de fonctionnement des systèmes vivants de différents rangs, de leurs interrelations, de leur stabilité et de leur dynamisme ;

Étude du développement historique monde organique;

Dresser une image scientifique du monde à partir des données obtenues ;

Assurer la sécurité de la biosphère et la capacité de la nature à se reproduire.

Méthodes utilisé pour résoudre des problèmes :

- observation: permet de décrire des phénomènes biologiques ;

-comparaison: permet de retrouver des motifs communs à divers phénomènes ;

- expérimental (expérience): le chercheur crée artificiellement une situation qui permet d'étudier les propriétés des objets biologiques ;

- la modélisation: passant par la technologie informatique des processus ou phénomènes biologiques individuels sont imités (le comportement d'un système biologique dans les paramètres donnés):

- historique: permet, sur la base de données sur le monde organique moderne et son passé, d'étudier les processus de développement de la nature vivante (première utilisation par C. Darwin).

Pour décrire et étudier les processus biologiques, les biologistes utilisent également des méthodes: sciences chimiques, physiques, mathématiques, techniques, géographie, géologie, géochimie, etc. En conséquence, des disciplines connexes (frontières) apparaissent - biochimie, biophysique, science du sol, radiobiologie, radioécologie , etc. d.

Toutes les sciences peuvent être classées :

· sur le sujet d'étude:

- zoologie(étudie l'origine, la structure et le développement des animaux, leur mode de vie, leur répartition dans le globe), qui comprend des disciplines plus restreintes - entomologie(sur les insectes) ornithologie(sur les oiseaux) ichtyologie(sur le poisson) thériologie(sur les mammifères);

- botanique(étudie les organismes distributifs, leur origine, leur structure, leur développement, leur activité vitale, leurs propriétés, leur diversité, leur classification, ainsi que la structure, le développement et la localisation des communautés végétales à la surface de la terre - phytocénoses), au sein de laquelle ils distinguent la bryologie (sur les mousses), la dendrologie (sur les arbres) ;

- microbiologie(micro-organismes);

- mycologie(champignons);

- lichénologie(lichens);

- algologie(algue);

- virologie(virus);

- hydrobiologie(étudie les organismes qui vivent dans le milieu aquatique), etc.;

· sur l'étude des propriétés du corps:

- anatomie et morphologie(le sujet de leur étude est la structure et la forme externes et internes des organismes);

- physiologie(étudie les fonctions des organismes vivants, leur interconnexion, leur dépendance aux conditions externes et internes); subdivisé en physiologie humaine, physiologie des animaux, des plantes, etc.;

-cytologie(étudie la cellule en tant qu'unité structurelle et fonctionnelle des organismes ;

- histologie(étudie la structure des tissus des organismes animaux);

- Embryologie et biologie du développement individuel(étudie les schémas de développement individuel);

- écologie(étudie le mode de vie des animaux et des plantes dans leur relation avec les conditions environnementales), etc.

· sur l'utilisation de certaines méthodes de recherche :

- biochimie(étudie la composition chimique des organismes, la structure et les fonctions substances chimiques méthodes chimiques);

- biophysique(étudie les phénomènes physiques et physico-chimiques dans les cellules et les organismes à l'aide de méthodes physiques);

- biométrie(sur la base de la mesure des corps vivants, de leurs parties, processus et réactions et des calculs ultérieurs, effectue un traitement mathématique des données afin d'établir des dépendances, des modèles invisibles lors de la description de phénomènes et processus individuels), etc. ;

- la génétique(étudie les modèles d'hérédité et de variabilité);

· sur application pratique connaissances biologiques:

- biotechnologie(un ensemble de méthodes industrielles qui permettent d'utiliser des organismes vivants avec une grande efficacité pour obtenir des produits de valeur - antibiotiques, acides aminés, protéines, vitamines, hormones, etc., pour protéger les plantes contre les ravageurs et les maladies, pour lutter contre la pollution de l'environnement, en installations de traitement etc.);

- agrobiologie(un ensemble de connaissances sur la culture des cultures);

- sélection(la science des méthodes de création de variétés végétales, de races animales et de souches de micro-organismes possédant les propriétés nécessaires à l'homme);

- élevage, médecine vétérinaire, biologie médicale, phytopathologie et etc.;

· sur l'étude du niveau d'organisation des êtres vivants :

- biologie moléculaire(explore les phénomènes de la vie au niveau de la génétique moléculaire et prend en compte l'importance de la structure tridimensionnelle des molécules) ;

- cytologie et histologie(étudier les cellules et les tissus d'organismes vivants);

- biologie population-espèce(populations étudiées);

- biocénologie(études biogéocénoses) ;

- biologie générale(étudie les modèles généraux qui révèlent l'essence de la vie);

- biogéographie(étudie les schémas généraux de la répartition géographique des organismes vivants sur Terre ;

- taxonomie(étudie la diversité des organismes et leur répartition en groupes) ;

- paléontologie(étudie l'histoire du monde organique sur les restes d'animaux et de plantes);

- doctrine évolutionniste(étudie le développement historique de la faune et la diversité du monde organique).

Signification pratique et application des réalisations biologie moderne:

1. La biologie est la base théorique de nombreuses sciences.

2. La connaissance de la biologie est nécessaire pour comprendre la place de l'homme dans le système de la nature, pour comprendre la relation entre les organismes et la nature inanimée qui les entoure.

3. La biologie a une influence décisive sur les progrès de la production agricole et de la médecine :

protection environnementale;

Reconnaissance, prévention et traitement des maladies végétales, animales et humaines ;

Expansion de la pisciculture et de l'élevage d'animaux à fourrure;

Implication dans le chiffre d'affaires économique de nouveaux territoires ;

Développement de la sélection de micro-organismes, de plantes et d'animaux ;

Prévision des situations écologiques dans diverses régions et de l'état de la biosphère dans son ensemble.

4. La formation biologique occupe une place particulière dans le système d'enseignement médical.

5. De nombreux principes et dispositions biologiques

Utilisé en technologie :

Ils sont à la base d'un certain nombre d'industries dans les industries alimentaires, légères, microbiologiques et autres.

6. Les biotechnologies modernes créées sur la base du génie cellulaire et génétique (obtention de souches de micro-organismes capables de synthétiser l'insuline humaine, l'hormone somatotrope, les interférons, les préparations immunogènes, les vaccins, etc.) se généralisent.

8. La recherche génétique a permis de mettre au point des méthodes de diagnostic précoce (prénatal), de traitement et de prévention de nombreuses maladies héréditaires humaines.

auto-renouvellement – la capacité des organismes à renouveler en permanence des éléments structuraux - molécules, enzymes, organites, cellules - en remplaçant ceux "usés" qui ont rempli leurs fonctions (cellules sanguines, cellules épidermiques cutanées, etc.). Dans ce cas, les organismes utilisent des substances et de l'énergie qui pénètrent dans les cellules ( flux de matière et d'énergie). L'auto-renouvellement fournit métabolisme et conversion de l'énergie, réactions de synthèse matricielle, discrétion.

auto-reproduction – la capacité des organismes vivants à produire leur propre espèce tout en préservant la structure et les fonctions des formes parentales chez leurs descendants. Lorsque les organismes vivants se reproduisent, la progéniture ressemble généralement à ses parents : les chats donnent naissance à des chatons, les chiens donnent naissance à des chiots. Les graines de pissenlit repousseront en pissenlits. Reproduction et fournit la propriété d'auto-reproduction. Le processus d'auto-reproduction s'effectue à presque tous les niveaux de l'organisation. Grâce à la reproduction, non seulement les organismes entiers, mais aussi les cellules, les organites cellulaires (mitochondries, plastides) après division sont similaires à leurs prédécesseurs. À partir d'une molécule d'ADN, lorsqu'elle est doublée, deux molécules filles se forment, répétant complètement celle d'origine. L'auto-reproduction est basée sur réactions de synthèse matricielle, c'est-à-dire la formation de nouvelles molécules et structures basées sur l'information ( Flux d'information) intégré dans la séquence nucléotidique de l'ADN. Par conséquent, l'auto-reproduction est étroitement liée au phénomène hérédité.

Autorégulation – la capacité des organismes, dans des conditions environnementales en constante évolution, à maintenir la constance de leur composition chimique et l'intensité du flux de processus physiologiques (homéostasie) basé sur le flux de matière, d'énergie et d'informations. Dans le même temps, le manque d'apport en nutriments mobilise les ressources internes de l'organisme, et l'excès provoque le stockage de ces substances. L'autorégulation s'effectue de différentes manières en raison de l'activité des systèmes de régulation - nerveux et endocrinien - et est basée sur le principe de la rétroaction: un signal pour allumer un système particulier peut être un changement dans la concentration d'une substance ou l'état d'un système. Ainsi, une augmentation de la concentration de glucose dans le sang entraîne une augmentation de la production de l'hormone pancréatique insuline, ce qui réduit la teneur de ce sucre dans le sang ; une diminution de la glycémie ralentit la libération de l'hormone dans le sang. Une diminution du nombre de cellules dans le tissu (lors d'un peeling, d'une dermabrasion cutanée, à la suite d'un traumatisme) entraîne une reproduction accrue des cellules restantes ; la restauration d'un nombre normal de cellules donne un signal sur l'arrêt de la division cellulaire intensive).

Parmi les autres propriétés caractéristiques des êtres vivants, certaines sont plus ou moins similaires aux processus se produisant dans la nature inanimée.

Unité de composition chimique. Les organismes vivants sont assez clairement séparés des non-vivants par leur composition chimique (acides nucléiques, protéines, glucides, lipides, etc.). Les êtres vivants sont constitués des mêmes éléments que les objets inanimés. Mais ils forment des molécules complexes dans le corps que l'on ne trouve pas dans la nature inanimée. De plus, les ratios de ces éléments dans les êtres vivants et non vivants sont également différents. Si la composition élémentaire de la nature inanimée, avec l'oxygène, est représentée par silicium, le fer, magnésium, aluminium etc., alors dans les organismes vivants, 98% de la composition chimique tombe sur seulement quatre éléments - carbone, azote, hydrogène et oxygène. De plus, tous les organismes vivants sont constitués principalement de quatre groupes de molécules organiques complexes : les protéines, les glucides, les lipides et les acides nucléiques. Il convient également de noter que la composition éléments chimiques dans différents environnements de nature inanimée, contrairement aux organismes vivants, est différent. L'hydrosphère est dominée par hydrogène et oxygène, dans l'atmosphère azote et oxygène, dans la lithosphère silicium et oxygène.

Métabolisme et conversion d'énergie. C'est propriété commune de tous les êtres vivants est un ensemble de toutes les transformations chimiques qui se produisent dans le corps et assurent la préservation et la reproduction de la vie. organisme est un système ouvert dans un état stationnaire stable : le taux d'apport continu de matière et d'énergie de l'environnement est équilibré par le taux de transfert continu de matière et d'énergie du système.

Le corps consomme des substances et de l'énergie de l'environnement, les utilise pour fournir réactions chimiques, puis restitue au milieu mais sous une forme différente, une quantité équivalente d'énergie (sous forme de chaleur) et de matière (sous forme de produits de désintégration). Les organismes consomment des substances de l'environnement dans le processus la nutrition. Autotrophes- Les plantes, la plupart des protistes et certains procaryotes capables de photosynthèse créent eux-mêmes des substances organiques à partir de substances inorganiques en utilisant l'énergie lumineuse. Hétérotrophes- les animaux, les champignons, une partie des protistes et la plupart des procaryotes utilisent des substances organiques d'autres organismes, les décomposent avec des enzymes et assimilent les produits de clivage.

partie importante matière organique(glucides, protéines, lipides), issus d'une alimentation autotrophe ou hétérotrophe, contiennent de l'énergie dans des liaisons chimiques. Pendant la respiration, cette énergie est libérée et stockée dans l'ATP. Produits finaux du métabolisme, souvent toxiques, dans le processus allocation, ou alors excrétions sont excrétés du corps.

Ainsi, les organismes sont caractérisés par un métabolisme avec l'environnement et une dépendance énergétique. Le métabolisme et la conversion d'énergie assurent la constance de la composition chimique et de la structure de toutes les parties du corps et, par conséquent, la constance de leur fonctionnement dans des conditions environnementales en constante évolution. D'autres signes - croissance, irritabilité, hérédité, variabilité, reproduction - tout cela est le résultat du métabolisme et de sa manifestation.

la reproduction. Pendant la reproduction, les organismes produisent leur propre espèce et augmentent ainsi le nombre d'individus. Au cours du processus de reproduction de génération en génération, les signes, propriétés et caractéristiques du développement des organismes d'une espèce donnée sont transmis. En raison de la reproduction, la population de l'espèce est maintenue pendant longtemps à un certain niveau. Le changement de générations est assuré par la reproduction sexuée et asexuée.

Hérédité. Est dans la capacité des organismes à reproduire leurs caractéristiques, propriétés et caractéristiques de développement de génération en génération. La base de l'hérédité est la stabilité des porteurs d'informations génétiques, c'est-à-dire la constance de la structure des molécules d'ADN. L'information génétique contenue dans l'ADN détermine les limites possibles du développement de l'organisme, ses structures, ses fonctions et ses réactions aux environnement. Dans le même temps, la progéniture est généralement similaire à ses parents, mais pas identique à eux.

Variabilité. La capacité des organismes à acquérir de nouvelles propriétés et caractéristiques au cours de l'ontogenèse et à perdre les anciennes, appelé variabilité. Cette propriété, pour ainsi dire, est opposée à l'hérédité, mais en même temps elle lui est étroitement liée, puisque les gènes qui déterminent le développement de certains traits changent dans ce cas. Si la reproduction des matrices - molécules d'ADN - se produisait toujours avec une précision absolue, alors lors de la reproduction des organismes, seules les caractéristiques qui existaient auparavant seraient héritées et l'adaptation des espèces aux conditions environnementales changeantes serait impossible. Ainsi, variabilité - c'est la capacité des organismes à acquérir de nouveaux signes et propriétés, qui est basée sur des changements dans les molécules d'ADN. Ainsi, l'auto-doublement des molécules d'ADN permet non seulement de préserver les caractéristiques héréditaires des parents dans les descendants, mais aussi de s'en écarter, c'est-à-dire la variabilité, à la suite de laquelle les organismes acquièrent de nouvelles caractéristiques et propriétés. La variabilité crée un matériau diversifié pour sélection naturelle, c'est-à-dire la sélection des individus les plus adaptés aux conditions spécifiques d'existence dans conditions naturelles, ce qui, à son tour, conduit à l'émergence de nouvelles formes de vie, de nouveaux types d'organismes.

La croissance et le développement. Quelle que soit la méthode de reproduction (asexuée ou sexuée), tous les individus filles formés à partir d'un zygote, de spores, de bourgeons ou de cellules ne sont hérités que information génétique, c'est-à-dire la capacité de montrer certains signes et propriétés. Le nouvel organisme met en œuvre les informations héréditaires reçues au cours de la croissance et le développement. Développement – modification de la structure externe ou interne du corps. Le développement des organismes vivants est représenté ontogénie ( développement individuel) et phylogenèse ( développement historique) . Au cours de l'ontogenèse, les propriétés individuelles de l'organisme apparaissent progressivement et de manière cohérente (la manifestation de la couleur des yeux, la capacité de tenir la tête, de s'asseoir, de marcher, l'apparition des dents, etc. chez les enfants). Le développement s'accompagne croissance – augmentation progressive de la taille de l'organisme en développement, en raison du processus d'augmentation du nombre de cellules et de l'accumulation d'une masse de formations extracellulaires résultant du métabolisme.Au cours du processus de développement, une organisation structurelle spécifique de l'individu apparaît et une augmentation de sa masse est due au reproduction des macromolécules, des structures élémentaires des cellules et des cellules elles-mêmes. Avec le changement de nombreuses générations, un changement d'espèce se produit, ou phylogenèse (évolution) – c'est le développement irréversible et dirigé de la nature vivante, accompagné de la formation d'espèces nouvelles et de la complication progressive de la vie.

Irritabilité. Au cours de l'évolution, les organismes se sont développés la capacité de répondre sélectivement aux influences de l'environnement externe ou interne– irritabilité. Par exemple, chez les mammifères, lorsque la température corporelle augmente, les vaisseaux sanguins de la peau se dilatent, dissipant l'excès de chaleur et rétablissant ainsi une température corporelle optimale.

Tout changement dans les conditions environnementales entourant le corps estirritant , et la réaction du corps aux stimuli externes sert d'indicateur de sa sensibilité et de manifestation d'irritabilité. La forme la plus frappante de manifestation de l'irritabilité est mouvement. Chez les plantes, cela les tropismes et Nastia, pour protiste - Taxis; réactions d'organismes multicellulaires - réflexes effectué par le système nerveux. La combinaison "irritant - réaction" peut être accumulée sous forme d'expérience et utilisée par le corps à l'avenir.

Adaptation à l'environnement. Les organismes vivants sont non seulement bien adaptés à leur environnement, mais correspondent aussi parfaitement à leur mode de vie. Les caractéristiques de la structure, de la vie et du comportement qui assurent la survie et la reproduction dans leur habitat sont appelées adaptations (dispositifs).

Discrétion et intégrité. La discrétion est une propriété universelle de la matière : chaque atome est constitué de particules élémentaires, les atomes forment une molécule. Les molécules simples font partie de composés complexes ou de cristaux, etc. Les systèmes vivants diffèrent fortement des objets inanimés par leur complexité exceptionnelle et leur ordre structurel et fonctionnel élevé. Dans le même temps, un organisme séparé, ou un autre système biologique (espèce, biogéocénose, etc.), est discret et intégral, c'est-à-dire qu'il est constitué d'éléments séparés isolés (isolés et délimités dans l'espace), mais néanmoins étroitement liés et interagissant entre eux. parties qui forment une unité fonctionnelle. Tout type d'organisme comprend des individus individuels. Le corps d'un individu hautement organisé forme des organes spatialement délimités, qui, à leur tour, sont constitués de cellules individuelles. L'appareil énergétique de la cellule est représenté par les mitochondries, l'appareil de synthèse protéique par les ribosomes, etc. jusqu'aux macromolécules (protéines, acides nucléiques, etc.), dont chacune ne peut remplir sa fonction que si elle est spatialement isolée des autres . La discrétion de la structure du corps est la base de son ordre structurel, elle crée la possibilité de son auto-renouvellement constant en remplaçant les éléments structurels "usés" sans arrêter la fonction en cours d'exécution. La discrétion d'une espèce détermine la possibilité de son évolution par la mort ou l'élimination d'individus inadaptés de la reproduction et la préservation d'individus avec des traits utiles à la survie.